Глава 3 ВОДНЫЕ РЕЖИМЫ ПАРОВЫХ КОТЛОВ И СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВС
3.1. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ В СУДОВЫХ КОТЛАХ
Применяемая в судовых паровых котлах вода подразделяется [23, 79]: на котловую — находится внутри котла при его работе или бездействии; питательную — подается в котел (состоит из конденсата и добавочной воды); конденсат (вода) — получается в результате конденсации пара; добавочную — используется для восполнения утечек пара, конденсата и котловой воды (добавочной водой служит принимаемая пресная вода и дистиллят, вырабатываемый в судовых опреснителях); продувочную — удаляется из котла при его верхнем и нижнем продувании; береговую (пресная вода) — принимается с берега в танки судна; дистиллят — продукт однократного испарения забортной или береговой воды в судовых опреснителях с последующей конденсацией образовавшегося пара; умягченную — получается в результате химической обработки воды для удаления накипеобразующих солей; забортную (морская или речная вода) — применяется для питания опреснительных установок и охлаждения конденсаторов и теплообменных аппаратов.
Основные показатели качества воды следующие [ 23]:
Общее солесодержание — характеризует содержание в воде всех растворенных веществ, измеряется в миллиграммах на литр (мг/л).
Сухой остаток — характеризует содержание в воде всех растворенных веществ, кроме газов, не летучих при температуре 105 . 110 °С, измеряется в миллиграммах на литр (мг/л).
Взвешенные вещества — характеризуют содержание грубодисперсных примесей в воде (размер частиц более 0,1 мм), измеряются в миллиграммах на литр (мг/л).
Содержание ионов хлора — характеризует содержание ионов хлора в воде; определяется содержанием хлористых солей (NaCl, MgCl2 и др.) и оценивается по содержанию в воде хлор-иона СГ в миллиграммах на литр (мг/л). Для оценки солености используются также градусы Брандта (°Бр); 1 °Бр примерно соответствует 6 мг/л.
Жесткость — содержание в воде растворенных солей кальция и магния, выраженное в миллиграмм-эквивалентах на литр воды (мг-экв/л).
Соли жесткости являются веществами, непосредственно образующими накипь. Установлены следующие виды жесткости воды:
карбонатная (временная) жесткость — соответствует содержанию в воде бикарбонатов кальция и магния Са (НС03 )2 и Mg(HC03 )2;
некарбонатная (постоянная) жесткость — соответствует содержанию в воде солей кальция и магния, не связанных с угольной кислотой, т. е. CaS04, MgS04, СаС12, MgCl2;
общая жесткость — определяется суммарной концентрацией в воде всех ионов Са2+ и Mg2+ временной и постоянной жесткости.
Щелочность воды — определяется суммарной концентрацией карбонатных СОГ, бикарбонатных НС03′, гидроксильных ОН и других анионов слабых кислот, выражается в миллиграмм-эквивалентах на литр воды (мг-экв/л). Щелочность природной воды характеризуется содержанием в ней бикарбонатов щелочно-земельных металлов и численно равна ее карбонатной жесткости. Щелочность котловой воды характеризуется содержанием в ней едкого натра NaOH, соды, тринатрийфосфата и других щелочных веществ, выражается в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л) или в условных единицах, называемых щелочным числом. Щелочное число (Ащ) котловой воды — соответствует такому содержанию в ней щелочей, которое эквивалентно содержанию едкого натра в миллиграммах на литр, т. е. оно численно равно произведению щелочности котловой воды, определяемой по результатам анализа, и переводного коэффициента к =40.
Фосфатное число — содержание растворимых в воде фосфорных кислот — иона фосфата Р04” или окисла Р2О5, выражается в миллиграммах на литр (мг/л).
Нитратное число — содержание в котловой воде солей азотной кислоты (нитратов), выраженное в миллиграммах нитрата натрия NaN03 на литр воды (мг/л).
Содержание масла и нефтепродуктов — характеризует содержание в воде масла и нефтепродуктов в растворенном, эмульгированном и взвешенном виде, выражается в миллиграммах на литр воды (мг/л).
Содержание растворенного кислорода — характеризует содержание в воде свободного кислорода в миллиграммах на литр (мг/л). Растворимость кислорода в воде понижается с повышением температуры и практически равна нулю в кипящей воде при атмосферном давлении.
Концентрация водородных ионов (показатель pH) — характеризует кислотность или щелочность котловой воды. При pH = 7 вода имеет нейтральные свойства, при pH > 7 — щелочную среду и при pH U 2+, выражается в миллиграммах на литр (мг/л).
Окислы железа и меди попадают в котел с питательной водой и являются продуктом коррозии и эрозии трубопроводов, питательных насосов, теплых ящиков, конденсаторов и теплообменников с медными и латунными трубками и т. д. Окислы железа и меди являются основными компонентами внутренних отложений на поверхностях нагрева
с большой тепловой нагрузкой и интенсивным выпариванием при без-накипном режиме работы котла.
Морская забортная вода имеет высокое солесодержание (табл. 3.1). Протечки морской воды через неплотности в теплообменных аппаратах могут резко ухудшить качество питательной воды. Поэтому содержание ионов хлора (хлоридов) в конденсате, дистилляте и других видах пресной воды необходимо постоянно контролировать. Соотношение между содержанием хлор-ионов и солей в морской воде является примерно постоянным, что позволяет, контролируя хлориды, оценить общую соленость конденсата или пресной воды. Часто береговая пресная вода используется в качестве добавочной. Поэтому важно знать характеристики пресных вод, принимаемых судами в различных морских портах (табл. 3.2).
Источник
Статьи:
АНАЛИЗ КАЧЕСТВА КОТЛОВЫХ ВОД СУДОВЫХ УСТАНОВОК
Для технических нужд всегда применяется тот или иной вид воды, находящийся в природном круговороте или уже ранее использованная вода, если это допустимо условиями эксплуатации оборудования. В природе естественные водные запасы подразделяются на: атмосферную, поверхностную, подземную (грунтовую) и морскую воду. Каждая из этих видов воды имеет свои качественные показатели, которые определяются ее минеральным составом, примесями солей, органики, растворенными газами, что и обусловливает возможности и условия применения такой воды в технологических и производственных процессах.
По химическому составу примеси природных вод делят на минеральные и органические. Минеральные примеси характеризуются содержанием в воде различных солей, кислот, оснований, находящихся преимущественно в виде катионов и анионов. К этой же группе примесей относятся и растворенные газы: N2, О2, СО2, NH3, CH4, H2S. Органические примеси состоят из гумусовых веществ, вымываемых из почв, а также органических веществ различных типов, поступающих из всевозможных стоков.
Природные воды характеризуются высоким содержанием катионов Na+, К+, Са+, Mg+ со следами NH+, Fe2+, Мn2+, Cu2+, Zn2+, Ni2+, Al3+. Среди анионов в составе примесей основными являются НСО3, Сl-, SO2-4, HsiO-3, NO3, CO2-3. При этом натрий и калий практически не образуют труднорастворимых соединений, в то время как кальций и магний являются важнейшими примесями в процессе загрязнения теплопередающих поверхностей. Они вступают в реакцию с анионами и образуют соли с низкими коэффициентами растворимости.
В судовой энергетике применение воды сводится обычно к роли теплоносителя, поэтому более предпочтительна вода для котельных установок с минимальным уровнем минерализации, тогда, как обычная пресная вода всегда содержит примеси солей и растворенные газы.
В судовых условиях различают воду следующих видов:
питательную,
котловую,
конденсат,
дистиллят,
добавочную,
загрязненную нефтепродуктами (сточную, льяльную).
Для котлов питательной водой служат конденсаты пара, отработавшего в главном турбоагрегате, турбогенераторах, турбоприводных насосах, подогревателях и других потребителях пара. Работа котла сопровождается неизбежными потерями воды или пара, для восполнения которых применяют добавочную воду. Для этой цели может служить дистиллят от испарителей на основе забортной воды или запасы пресной воды. При этом, котловой водой называют воду, находящуюся внутри всех элементов котла.
Качество воды оценивают по таким показателям, как жесткость, содержание хлоридов, щелочность, фосфатное число, концентрация водородных ионов, содержание кислорода, масла и других нефтепродуктов и различных примесей. Все рассмотренные виды воды существенно различаются по качеству.
Жесткость — это одна из основных характеристик качества воды. Самым распространенным показателем является общая жесткость ЖO — сумма всех растворимых в воде солей кальция (кальциевая жесткость) и магния (магниевая жесткость), выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л): ЖO = ЖK + ЖНК = ЖСа + ЖMg. С повышением общей минерализации воды возрастает магниевая составляющая, а кальциевая уменьшается.
Карбонатная жесткость котловой воды обусловливается присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния: Са(НСО3)2 и Mg(HCО3)2. Карбонатная жесткость имеет тенденцию к уменьшению при работе котла, так как бикарбонаты при нагреве воды разлагаются и образуют нерастворимые соли на поверхности нагрева в виде накипи. Некарбонатная жесткость определяется другими солями кальция и магния, которые при нагреве воды химически не изменяются и остаются растворенными. Эти соли жесткости выпадают лишь в зоне испарения, когда концентрация их превысит предел растворимости. К этой группе относятся соли, образующиеся в результате взаимодействия Са и Mg с сильными кислотами (хлориды, сульфаты, силикаты, нитраты). Некарбонатную жесткость иногда называют постоянной (остаточной).
Хлориды — это соли соляной кислоты. Наиболее распространенной солью является хлорид натрия NaCl, который обладает хорошей растворимостью в воде и является основной составляющей солености воды. Однако, следует иметь в виду, что есть и отдельный показатель — общее солесодержание, под которым подразумевается суммарная концентрация (мг/кг) в воде молекулярно-дисперсных веществ. Для котловых вод главным источником притока хлористых солей является пресная береговая вода в качестве добавочной по сравнению с использованием для этой цели дистиллята.
Для охлаждения конденсаторов СЭУ морских судов используют морскую забортную воду. Ее характерной особенностью является высокое общее солесодержание до 35 000 мг/л. Основными составляющими солесодержания являются хлористые соли СаСl2, MgCl2, NaCl. Через неплотности в соединениях конденсатора часть морской воды может поступать в конденсат пара и ухудшать качество питательной воды и, как следствие, котловой воды.
Одним из важнейших показателей качества котловой воды является щелочность, которая обусловливается присутствием в воде ионов ОН-, СO2-3, НСО3, РО3-4. В зависимости от того, какой вид ионов присутствует в воде, щелочность называют соответственно гидратной ЩГ(OH-), карбонатной ЩК(СO2-3), бикарбонатной ЩБК(НСО3), фосфатной ЩФ(РО3-4). Общая щелочность равна их сумме: ЩО= ЩГ+ ЩК+ ЩБК+ ЩФ. Оценивается щелочность содержанием щелочных солей, пересчитанных на NaOH. При определении щелочности судовой лабораторией водоконтроля результаты получаются в нормальных единицах измерения — мг-экв/л. В нормативных документах указываются объемные единицы измерения — мг/л. Для перехода от единицы мг-экв/л к мг/л при определении показателя щелочности воды используют коэффициент 40, соответствующий химическому эквиваленту NaOH, т. е. результат анализа умножают на 40. Эта величина называется щелочным числом и выражается в мг/л NaOH. В судовой документации (особенно судов зарубежной постройки) иногда щелочность выражается содержанием ионов водорода, т. е. используется водородный показатель рН. Для котловой воды водородный показатель рН является наиболее достоверным показателем коррозионной активности воды.
Фосфатное число котловой воды контролируют при поддержании фосфатно-нитратного водного режима. Фосфаты — это растворенные в воде соли фосфорной кислоты. В котловой воде должен быть всегда избыток фосфатных ионов РО3-4, что исключает выпадение в осадок накипеобразующих соединений кальция и магния и таким образом предотвращает образование накипи.
Содержание фосфатов определяется обычно количеством ионов РО3-4 или выражается в виде окисла Р2О5 и измеряется в единице мг/л. Перейти от РО3-4 к Р2О5 можно расчетным путем. Для поддержания фосфатно-нитратного водного режима в котловую воду вводят нитраты в виде натриевой селитры NaNO3. Нитраты образуют на поверхности металла внутренних стенок котла защитную пленку, которая препятствует развитию коррозии. Нитрат натрия не принимает участия в процессах внутри котла, а его количество уменьшается с течением времени вследствие уноса паром и продувания котла. Содержание нитратов в котловой воде выражается нитратным числом в мг/л NaNО3. Его значение обычно составляет около 50% щелочного числа котловой воды.
При исследовании влияния качества воды на внутрикотловые процессы для оценки качественного и количественного составов воды используют показатели ее электропроводности.
В процессе работы котла в котловой воде протекают различные физико-химические процессы, обусловливающие разрушение одних соединений и образование других. Это приводит к возникновению веществ с различной степенью растворимости. Труднорастворимые вещества выделяются из воды в виде осадка, образующего при определенных условиях накипь или шлам. Накипью называют плотные отложения, возникающие на поверхности нагрева. К шламу относятся выпадающие вещества в виде подвижного осадка, которые в дальнейшем могут образовывать вторичную накипь, прикипая к поверхности труб. Образование осадка в котловой воде происходит при наличии пересыщенного раствора из-за процессов испарения и подачи питательной и добавочной воды с более высокой минерализацией. Произведение концентраций находящихся в растворе ионов труднорастворимых веществ называется произведением растворимости.
Судовой обслуживающий персонал должен быть хорошо знаком с практическими методами определения качества воды и их характеристик и уметь пользоваться средствами водоконтроля для определения всех вышеперечисленных показателей, характеризующих качество котловой и питательной воды. Но бывают ситуации, когда определить все важные показатели котловой воды в условиях собственной судовой лаборатории по тем или иным причинам не получается, возможно, необходимо более сложное испытание, требующее соответствующего оборудования. Для этого существуют аккредитованные испытательные лаборатории, которые могут оперативно выполнить необходимый анализ котловой воды или произвести полную экспертизу и дать экспертную оценку надежности работы судового оборудования.
