Отложения в паровых котлах и теплообменных аппаратах

Различные примеси, содержащиеся в нагреваемой и испаряемой воде, могут выделяться в твердую фазу на внутренних поверхностях паровых котлов, подогревателей и конденсаторов паровых турбин в виде накипи, а внутри водяной массы – в виде взвешенного шлама. Однако, нельзя провести четкую границу между накипью и шламом, так как вещества, отлагающиеся на поверхности нагрева в виде накипи могут с течением времени превращаться в шлам и, наоборот, шлам при некоторых условиях может прикипать к поверхностям нагрева, образуя накипь.

Накипью называют достаточно плотные отложения, возникающие на поверхности нагрева или охлаждения и способные нарушать нормальную работу котла или теплообменника. Рыхлые отложения, получающиеся в результате оседания, скопления и уплотнения взвешенных веществ, образовавшихся в воде, называют шламом. Накипные и шламовые отложения в равной мере опасны для работы паровых котлов.

Образующиеся в паровых котлах отложения могут быть по своему химическому составу подразделены на три основные группы: 1) щелочноземельные; 2) железные; 3) медные.

1) Щелочноземельные накипи состоят в основном из соединений кальция и магния. К таким соединениям относятся СаСО₃, СаSO₄, CaSiO₃, Са₃(РО₄)₂, MgO, Mg(OH)₂. В зависимости от того, какие соединения преобладают, различают накипи карбонатные СаСО₃, сульфатные СаSO₄, фосфатные Са₃(РО₄)₂ и т.д. Возможны накипи смешанного типа. Карбонатная накипь откладывается обычно в форме плотных кристаллических отложений на тех поверхностях нагрева, где отсутствует кипение воды, а среда щелочная. Этими поверхностями являются экономайзеры, конденсаторы турбин, водоподогреватели, питательные трубопроводы, тепловые сети. В условиях кипения щелочной воды (в котлах) СаСО₃ выпадает в виде шлама.

Сульфатная накипь обладает большой плотностью и твердостью.

Щелочноземельные накипи почти полностью устранимы за счет введения двухступенчатого катионирования, умягчения конденсата, контроля жесткости, ведения фосфатного режима котловой воды.

2) В состав железооксидных отложений оксиды железа Fe₂O₃, Fe₃O₄, фосфаты железа Fe₃(PO₄)₂, феррофосфат натрия NaFePO₄ и др. Встречаются в экранных трубах солевых отсеков котлов высокого давления. Основной причиной является нанос железа с питательной водой. Для образования этого рода отложений необходимо присутствие в котловой воде высоких концентраций фосфатов (более 100 – 150 мг/кг). Поэтому установлено ограничение содержания фосфатов в котловой воде не более 100 мг/кг.

3) Образование медных накипей отмечается в котлах различного давления, но всегда на участках с высокой тепловой нагрузкой и преимущественно на полупериметре трубы, обращенном в топку. Причиной образования медных отложений является поступление меди с питательной водой. В щелочной котловой воде медь находится в растворенном состоянии в виде комплексных соединений. Последние разрушаются и образуют ионы меди, которые восстанавливаются на поверхностях труб с высокими тепловыми нагрузками. В результате возникают бугорки меди, вокруг которых в последующем откладываются оксиды железа и дрю вещества. Медь в отложениях присутствует в металлическом состоянии и в форме оксидов.