Методика химического анализа отложений

4.5.1 Подготовка отложений к анализу

Пробу отложений первоначально грубо измельчают, квартованием сокращают до нескольких граммов и растирают в агатовой или яшмовой ступке.

Если при измельчении пробы обнаруживаются частички сварочного грата, металлической стружки или иные загрязнения, их удаляют вручную при этом нельзя пользоваться магнитом.

4.5.2 Определение потери при прокаливании или привеса.

Навеску отложений от 0,2 до 0,7 г отбирают в прокаленный и взвешенный фарфоровый тигель, помещают его в холодный муфель, включают нагревание и прокаливают при температуре 800-850°С два часа. Затем тигель охлаждают в эксикаторе над прокаленным хлористым кальцием, взвешивают и повторяют прокаливание еще в течении часа.

Потерю при прокаливании или привес в процентах определяют по формуле:

,

где А – величина потери при прокаливании или привеса, %;

G₁ – масса тигля с навеской до прокаливания, г;

G₂ – масса тигля с навеской после прокаливания, г;

G - масса навески отложений, г.

4.5.3Определение массовой доли кремнекислоты

Навеску от 0,5 до 0,8 г воздушно-сухих или полученных после определения массовой доли потери при прокаливании отложений отбирают в чистую фарфоровую чашку с гладкими стенками. Вливают приблизительно 1 см³ дистиллированной воды, смачивая анализируемый материал. Затем добавляют 5-7 см³ концентрированной соляной кислоты, тщательно перемешивают стеклянной палочкой и ставят чашки на водяную баню, часто перемешивая и растирая образующиеся комочки. После полного испарения кислоты чашку охлаждают и вливают новую порцию кислоты, которую также выпаривают. Такую обработку для перевода всех компонентов, за исключением кремнекислоты, в растворимое состояние выполняют 3-4 раза.

Затем смачивают сухой остаток несколькими каплями соляной кислоты, вливают 20-30 см³ горячей дистиллированной воды и, дав несколько отстояться, отфильтровывают осадок на плотный беззольный фильтр «синяя лента», собирая фильтрат в мерную колбу вместимостью 250-500 см³. Для ускорения фильтрования на фильтр помещают небольшое количество фильтробумажной массы. Стенки чашки и осадок на фильтре промывают горячей дистиллированной водой, подкисленной концентрированной соляной кислотой. Промывание ведут до исчезновения желтой окраски осадка и самого фильтра, собирая фильтрат от кремнекислоты и промывные воды в ту же колбу. Чашку вытирают кусочками беззольного фильтра, которые переносят на фильтр. В заключение дважды промывают осадок горячей водой, после чего его вместе с фильтром помещают во взвешенный, прокаленный фарфоровый тигель, подсушивают и прокаливают в течении 2 часов в муфеле при 900-950°С (до постоянного веса).

Объем жидкости в мерной колбе, содержащей фильтрат и промывные воды от кремнекислоты, доливают до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Полученный раствор используют для определения всех остальных компонентов накипи.

Содержание кремнекислоты вычисляют в процентах по формуле:

,

где G₁ – масса тигля с осадком, г;

G₀ – масса пустого фарфорового тигля, г;

G – масса навески отложений, г.

4.5.4 Разложение накипей сплавлением со щелочью.

В чистый серебряный тигель берут массу навески сухого едкого натра из расчета 3-4 г на 1 г массы навески отложений, помещают в холодную печь и нагревают до 400-600°С. Когда щелочь расплавится тигель вынимают из муфельной печи. В остывший тигель на затвердевшую щелочь переносят массу навески 0,5-0,8 г. воздушно-сухих или полученных после определения массовой доли потери при прокаливании отложений.

Тигель со щелочью и навеской отложений помещают в муфельную печь, повышают температуру до 500-600°С и выдерживают 30-40 минут. Затем тигель из печи осторожно вынимают. Если сплав однородный, то сплавление считают законченным, в противном случае выдерживают тигель в муфеле еще 10-20 минут.

Извлечение сплава происходит следующим образом: серебряный тигель опускают в дистиллированную воду подкисленную соляной кислотой и кипятят до полного растворения сплава.

Очищенный тигель извлекают из жидкости, обмывая его наружные и внутренние стенки дистиллированной водой, а раствор упаривают досуха. Далее проводят обработку осадка, как было описано в п.4.5.3, т.е. приливают концентрированную соляную кислоту, выпаривают и вновь повторяют эту операцию. Затем отфильтровывают осадок, промывают его, помещают в тигель и прокаливают до постоянного веса.

4.5.5 Определение массовой доли железа

Из колбы, содержащей фильтрат и промывные воды от кремнекислоты отбирают пипеткой в зависимости от предполагаемой массовой доли железе 10-25 см³ жидкости. Помещают в коническую колбу, приливают 2 см³ концентрированной азотной кислоты или всыпают около 0,5 г персульфата аммония и нагревают до кипения. Затем, прекратив кипение, вводят по каплям или порциями концентрированный раствор аммиака до полного осаждения гидроксида железа. Осадок отфильтровывают на беззольный быстрофильтрующий фильтр, промывая осадок и фильтр два – три раза горячей дистиллированной водой, фильтрат собирают в чистую колбу.

Осадок на фильтре растворяют горячей разбавленной 1:1 соляной кислотой, промывают фильтр горячей водой. Фильтрат и промывные воды собирают в ту же колбу, в которой проводилось осаждение гидроксида железа. Частички оксидов, приставшие к стенкам колбы, растворяют в кислом фильтрате, стенки обмывают дистиллированной водой, жидкость нагревают до 40-50°С и вновь осаждают аммиаком.

Осадок отфильтровывают на тот же фильтр, промывая осадок и фильтр горячей дистиллированной водой. Фильтрат и промывные воды собирают в колбу, содержащую первый фильтрат. В этом объединенном фильтрате содержатся остальные компоненты накипи.

Фильтр с осадком переносят в колбу. в которой проводилось осаждение гидроокиси железа, смачивают 1 см³ концентрированной соляной кислоты, вливают в стакан 100 см³ горячей дистиллированной воды, добавляют 0,5 см³ раствора сульфосалициловой кислоты, нагревают до 70-80°С и титруют горячую жидкость в зависимости от ожидаемого содержания железа 0,05 или 0,01 н. раствором трилона Б до изменения окраски от винно-красной до светло-желтой или почти бесцветной.

Массовую долю железа в пересчете на Fe₂O₃ в процентах вычисляют по формуле:

,

где a - расход титранта, см³;

К – поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона;

79,46 – эквивалентная масса Fe₂O₃ в рекации с трилоном, равная половине молекулярной массы;

н – нормальность раствора трилона Б;

G – масса навески отложений, г;

V_к – объем колбы с фильтратом и промывными водами от кремнекислоты, см³;

V_п – объем раствора, используемый для анализа, см³.

4.5.6 Определение суммы массовых долей меди и цинка

Отбирают из мерной колбы, содержащей фильтрат и промывные воды от кремнекислоты, 10-20 см³ раствора и проводят осаждение железа как описано в п. 4.5.5. Затем фильтрат упаривают примерно до 100 см³, приливают по каплям концентрированную уксусную кислоту до рН от 4 до 5 (по индикаторной бумаге), приливают 5-7 капель спиртового раствора индикатора ПАН и медленно при интенсивном перемешивании титруют жидкость в зависимости от ожидаемого содержания меди и цинка 0,05н или 0,01н раствором трилона Б до изменения окраски от фиолетово-красной до желтой.

Сумма массовых долей меди и цинка в пересчете на окислы в процентах вычисляют по формуле:

где а –расход титранта, см³;

К поправочный коэффициент к номинальной нормальности раствора трилона Б;

н – номинальная нормальность раствора трилона Б;

Vп – объем раствора, отобранный для анализа, см³;

V_к – объем колбы, см³;

80 средняя молекулярная масса окислов меди и цинка.

4.5.7 Определение суммы массовых долей кальция и магния

Из мерной колбы, содержащей фильтрат и промывные воды от кремнекислоты, отбирают пипеткой 10-50 см³ раствора, помещают в коническую колбу и проводят однократное осаждение железа как описано в п. 4.5.5. Затем фильтрат обрабатывают диэтилдитиокарбоматом натрия, всыпая в жидкость примерно 0,2-0,3 г этого реактива. Жидкость хорошо перемешивают, не производя резкого взбалтывания, и оставляют на 2-3 минуты для укрупнения осадка. Если осадок получается таким, что можно четко отличить изменение окраски, фильтрование не требуется. Объем в колбе доводят дистиллированной водой приблизительно до 100 см³, проверяют рН (по индикаторной бумаге) и, если требуется, доводят его до 6-8, добавляя аммиак.

Затем добавляют 5 см³ аммиачно-буферного раствора, 5-7 капель индикатора кислотного хром темно-синего и медленно титруют 0,01н или 0,05н раствором трилона Б до изменения окраски от красной до сине-фиолетовой.

Если образовавшийся осадок диэтилдитиокарбоматов мешает четко отметить изменение окраски индикатора, его необходимо отделить. Фильтруя раствор через специально подготовленный фильтр «белая лента», промывают колбу и осадок на фильтре дистиллированной водой, доводят объем фильтрата до 100 см³ и продолжают анализ как указано выше.

Подготовку фильтра ведут следующим образом: в воронку с заглушенным отверстием устанавливают бумажный фильтр и заливают раствором, приготовленным добавлением 5 см³ аммиачной смеси к 100 см³ дистиллированной воды, добавляют 5-7 капель индикатора хром темно-синего и выжидают несколько минут. Если раствор окрасился в розовый цвет, его титруют на воронке 0,01н раствором трилона Б до перехода окраски в сине-сиреневый цвет. Если по истечении нескольких минут раствор не розовеет, фильтр считают отмытым.

Сумму массовых долей кальция и магния в пересчете на окислы в процентах вычисляют по формуле:

,

где а – расход титранта, см³;

56,08 – средняя молекулярная масса оксидов кальция и магния;

н – нормальность раствора трилона Б;

К – поправочный коэффициент к нормальности раствора титранта;

V_п – объем раствора, отобранный для анализа, см³;

V_к – объем колбы с фильтратом и промывными водами от кремнекислоты, см³.

4.5.8 Определение массовой доли фосфатов

Из колбы, содержащей фильтрат и промывные воды от кремнекислоты, отбирают пипеткой 10-50 см³ жидкости, помещают в коническую колбу, добавляют 15 см³ 30-процентного раствора азотно-кислого аммония и 10 см³ 20-процентного раствора азотной кислоты.

Жидкость нагревают до кипения и вливают в нее тонкой струей 15 см³ 3-процентного раствора молибдата аммония. Нагревание прекращают, жидкость перемешивают вращением колбы и оставляют на 2-3 часа.

Осадок фосфоромолибдата должен иметь чисто-желтый цвет, светлая беловатая окраска свидетельствует о неправильном осаждении и об образовании молибденовой кислоты. В этом случае необходимо осаждение повторить, взяв другую порцию исходного раствора или растворив осадок постепенным добавлением 25-процентного раствора аммиака, затем нагреть жидкость до кипения и добавить в нее порциями 20 см³ 20-процентного раствора азотной кислоты.

Чисто желтый осадок отфильтровывают на плотный беззольный фильтр, обмывают стенки колбы и промывают осадок 5-процентным раствором нитрата калия до нейтральной реакции фильтрата по метилоранжу.

Отмытый осадок с фильтром помещают в колбу, в которой проводилось осаждение, приливают 50 см³ нагретой дистиллированной воды и несколько капель раствора фенолфталеина. Затем в колбу приливают точно отмеренный объем раствора едкого натра 0,1н концентрации до появления устойчивой красной окраски индикатора, после чего избыток щелочи оттитровывают раствором кислоты 0,1н концентрации, титруя окрашенную в красный цвет жидкость до исчезновения окраски.

Содержание фосфатов в пересчете на Р₂О₅ в процентах вычисляют по формуле:

,

где а_щ и а_к – соответственно объемы растворов щелочи и кислоты, израсходованные на растворение осадка и на титрование избытка щелочи кислотой, см³;

30,86 – эквивалентный вес Р₂О₅ в данной реакции;

н – нормальность растворов щелочи и кислоты;

V_к – объем колбы, содержащей фильтрат и промывные воды от кремнекислоты, см³;

V_п – объем раствора, отобранный для анализа, см³;

G – масса навески отложений,г.

4.5.9 Определение массовой доли сульфатов

Отбирают пипеткой 10-50 см³ раствора из колбы, содержащей фильтрат и промывные воды от кремнекислоты, помещают в химический стакан, нагревают до кипения и по каплям приливают 5 см³ 5-процентного раствора хлористого бария. Нагревание прекращают, дают осадку осесть и приливают к прозрачной жидкости еще несколько капель раствора хлористого бария. Добавление проводят осторожно, чтобы не замутить жидкость. Если в прозрачной жидкости не образуется муть, осаждение считают оконченным, в противном случае ее вновь нагревают и добавляют еще 5 см³ раствора хлористого бария.

Жидкость с осадком оставляют на сутки, периодически помешивая ее. Затем осадок отфильтровывают на плотный беззольный фильтр, смывая его со стенок стакана холодной дистиллированной водой. Для полного удаления крупинок осадка со стенок стакана можно обтереть его стенки кусочками беззольного фильтра.

На фильтре осадок промывают сначала холодной, а затем горячей дистиллированной водой до исчезновения в промывной воде кислой реакции по метилоранжу или хлоридов (проба с азотнокислым серебром)

Осадок вместе с фильтром помещают во взвешенный прокаленный фарфоровый тигель, подсушивают, озоляют фильтр и прокаливают осадок при 700-800°С в муфельной печи в течении 30-40 минут. После взвешивания прокаливание повторяют до постоянной массы.

Массовую долю сульфатов в пересчете на оксид в процентах вычисляют по формуле:

,

где G₁ – масса тигля, г;

G₂ – масса тигля с осадком, г;

0,343 – коэффициент пересчета массы сернокислого бария на оксид серы;

V_п – объем раствора, отобранный для анализа, см³;

V_к – объем колбы, содержащей фильтрат и промывные воды от кремнекислоты, см³;

G – масса навески отложений, г.

5 Правила техники безопасности

Основой для безопасной работы в химической лаборатории может служить лишь сознательное соблюдение каждым студентом правил техники безопасности. При выполнении работы необходимо соблюдать общие требования безопасности, касающиеся проведения работ с растворами химических реактивов, нагреванием, электроприборами и стеклянной посудой.

На рабочем месте должны находиться только необходимые для выполнения конкретной работы реактивы, приборы и оборудование. Беспорядок на рабочем месте недопустим.

Запрещается проводить в лаборатории какие-либо работы, не связанные с выполнением задания, включать приборы и оборудование, не относящиеся к данной работе, оставлять без присмотра работающие установки, сливать в лабораторную раковину растворы кислот и щелочей, отходы, содержащие бумагу, стекло и др. примеси.

При работе с растворами реактивов следует отмеривать их с помощью мерных цилиндров или бюреток, в случае применения для этих целей пипеток, необходимо использовать резиновую грушу. Засасывание жидкостей в пипетки ртом запрещается.

При проливе растворов реактивов необходимо тщательно промыть места пролива. При попадании агрессивных жидкостей на кожу рук или одежду, их следует промыть проточной водой. В случае химических ожогов рекомендуется пораженный участок кожи обработать нейтрализующим раствором.

При использовании легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) следует не допускать возможности их пролива и воспламенения. Запрещается выливать отходы ЛВЖ в канализацию.

При работе со стеклянной посудой следует избегать ее поломки и порезов рук, соблюдать осторожность при соединении стеклянных частей приборов с резиновыми шлангами, не оставлять посуду в беспорядке на рабочих столах. При мытье посуды необходимо соблюдать меры предосторожности при использовании агрессивных моющих сред, не следует складывать посуду в общую раковину, оставлять на ее краях. В лабораторную раковину не допускается сливать отходы, содержащие примеси, способствующие засорению отверстий дренажного устройства.

Для работ, связанных с нагреванием, допускается использовать только термостойкую посуду. При этом нельзя допускать резких перепадов температуры, что может вызвать растрескивание стекла.

При работе с электроприборами необходимо следить за их исправностью и наличием заземления. Не допускается использование электроприборов с поврежденными вилками, шнурами питания и другими дефектами. Основной мерой предотвращения электротравм в лаборатории является защита от прикосновения к находящимся под напряжением частям электрооборудования и применение заземления.

6 Общие правила к оформлению работы

Работа должна быть оформлена следующим образом:

- на первой странице указывают название, цель и объем работы, Ф.И.О. студентов, номер группы, дату выполнения;

- работу оформляют в последовательности, приведенной в методических указаниях;

- текст пишут аккуратно от руки пастой или чернилами (допускается принтерная распечатка) на сброшюрованных листах формата А-4 с соблюдением ГОСТ 2.105, ГОСТ 8.417 и ГОСТ 7.1.

При оформлении работы не допускается:

- сокращать наименование единиц физических величин, если они употребляются без цифр;

- применять сокращение слов, кроме сокращений, установленных правилами русской орфографии, а также ГОСТ 7.12;

- употреблять в тексте математические знаки без цифр.

7 Контрольные вопросы

Вопросы по работе: «Определение скорости коррозии конструкционных материалов»

1.С какой целью производятся периодические осмотры внутренней поверхности элементов оборудования?

2.Каким видам коррозии подвергается металл паровых и водогрейных котлов?

3.Назовите участки наиболее вероятного возникновения коррозии паровых и водогрейных котлов?

4.Почему необходимо экспериментальное определение интенсивности коррозии металла в реальных условиях работы конденсатно-питательного тракта, экономайзерной части котла или трубопроводов теплосети?

5.Каковы реальные сроки проведения испытаний в эксплуатационных условиях?

6.Какой способ используется для определения скорости кислородной коррозии в условиях эксплуатации?

7.Что представляют собой индикаторы коррозии? Назовите место их установки.

8.Как производится расчет равномерной коррозии?

9.В каких случаях и с какой целью производится визуальный осмотр контрольных пластинок?

10.Назовите величину допустимой скорости коррозии стали.

11.Какая зависимость существует между средней скоростью равномерной коррозии и линейной скоростью (проницаемостью)?

12.Могут ли результаты испытаний в лабораторных условиях иметь практическое значение?

Вопросы по работе: «Коррозионные испытания образцов в условиях, имитирующих химическую очистку»

1.Назначение эксплуатационных химических очисток поверхностей нагрева.

2.Как определяется необходимость химической очистки?

3.Какие реагенты используют для эксплуатационной очистки котлов?

4.Какие формы проявления характерны для кислотной коррозии?

5.Какова роль ингибитора при химической очистке?

6.Как осуществляется выбор оптимальной технологии химической очистки?

7.Как проводятся коррозионные испытания?

8.Как производится оценка защитного действия ингибитора?

9.Перечислите элементы установки для коррозионных испытаний.

10.Какие растворы используются для коррозионных испытаний?

11.Что представляют собой индикаторы коррозии? Как они подготавливаются к испытанию?

12.Как проводятся коррозионные испытания?

13.Как определяют скорость коррозии индикаторов?

14.Как устанавливают степень защиты металла ингибитором?

15.Как определяют целесообразность использования того или иного ингибитора?

Вопросы по работе: «Исследование защитных свойств оксидных пленок».

1.Назначение и сущность консервации котельного оборудования.

2.Как проявляется стояночная коррозия?

3.Какие способы консервации Вам известны?

4.Какие способы консервации применяются для паровых котлов?

5.Какие способы используются для консервации водогрейных котлов?

6.Как проводится химический контроль режима консервации?

7.Каким образом может быть проведена оценка эффективности консервации?

8.Какие методы используют для исследования защитных свойств оксидных пленок?

9.В чем состоит сущность капельного метода?

10.Назовите состав реактива, используемого для определения устойчивости защитных пленок?

11.Какова роль компонентов реактива, применяемого в капельном методе?

12.Что представляет собой шкала коррозионной стойкости?

Вопросы по работе: «Определение количества отложений на поверхностях нагрева котла»

1.Как влияет на температуру металла наличие отложений на внутренней поверхности труб?

2.Какие методы контроля чистоты поверхности Вам известны?

3.Из каких участков внутрикотловой схемы производятся контрольные вырезки?

4.Какие поверхности нагрева подлежат обязательному исследованию?

5.Каким образом выполняются вырезки контрольных участков труб?

6.Какова периодичность вырезок?

7.Как проводится осмотр контрольных образцов?

8.Какие способы используют для отбора отложений при определении их состава?

9.Какими способами достигается полное удаление отложений с поверхности контрольного образца?

10.Какие условия должны обеспечиваться при электролитическом снятии отложений?

11.В каких случаях при проведении катодного травления необходима защита наружной поверхности?

12.Из каких основных элементов состоит установка для катодного травления?

13.Какие растворы используются в качестве электролитов?

14.Назначение вспомогательных растворов.

15.Из каких операций состоит подготовка образцов к катодному травлению?

16.Как проводится катодное травление контрольных образцов?

17.С какой целью проводится катодная обработка?

18.Как определяется загрязненность внутренней поверхности?

19.Как производится оценка загрязненности поверхностей нагрева?

20.Как устанавливается необходимость проведения химической очистки оборудования?

21.Как определяется допустимый прирост отложений?

Вопросы по работе: «Определение химического состава отложений»

1.Какие физико-химические характеристики отложений определяют при осмотрах теплоэнергетического оборудования?

2.Какие методы используют для их определения?

3.Как определяют химический и фазовый состав отложений?

4.Какие компоненты определяют при химическом анализе накипей и отложений?

5.Какие формы соединений определяются при обычном химическом анализе отложений?

6.Из каких операций состоит подготовка проб отложений к анализу?

7.Как определяют потери при прокаливании?

8.В чем заключается сущность метода определения кремнекислоты в пробе отложений?

9.На чем основан метод определения железа в отложениях?

10.Как определяется содержание в накипях и отложениях меди и цинка?

11.Из каких операций состоит метод определения суммы массовых долей кальция и магния?

12.В чем состоит сущность метода определения фосфатов?

13.На чем основан метод определения сульфатов в пробе отложений?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Воронов В.Н., Петрова Т.И. Водно-химические режимы ТЭС и АЭС. Москва: Издательский дом МЭИ, 2009. – 210 с. 2 экз.

2. Акользин П.А. Коррозия и защита металла теплоэнергетического оборудования. - М.: Энергоатомиздат, 1982.

3. Акользин П.А. Предупреждение коррозии металла паровых котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

4. Химический контроль на тепловых и атомных электростанциях: Учебник для вузов/ О.И. Мартынова, Л.М. Живилова. Б.С. Рогацкин, Н.П. Субботина; под редакцией О.И. Мартыновой. - М.: Энергия, 1980.

Нина Николаевна Абраменко

КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ КОТЛА

Методические указания к лабораторной работе № 4 по дисциплине “Внутри- и внешнекотловые процессы в паровых котлах” для студентов направления 141100 - “Энергетическое машиностроение”

Подписано в печать 24.01.06 Формат 60х84 1/16

Усл.п.л. 2,25 Уч.- изд.л.

Тираж 5 экз.

Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И.Ползунова, г.Барнаул, пр.Ленина, 46

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 020822
от 21.09.98г.

Отпечатано на ксероксе кафедры «Котло- и реакторостроение».