/
Текст
А. С. ИВАНЕНКО ВОДОПОДГОТОВКА (пособие аппаратчику) КИЕВ «ТЕХН1КА» 1978
6П2.22 И18 УДК 621.187.12 Водоподготовка (пособие аппаратчику). Иваненко А. С Киев, «Техшка», 1978 184 с. Изложены вопросы эксплуатации оборудования водоподготов- ки промышленных котельных, возможные неисправности и ме- тоды их устранения Рассмотрено влияние качества воды на накипеобразование в паровых котлах и технология умягчения воды. Приведены основные схемы водоподготовительных установок, нормы на качество пара, питательной воды, режи- мы работы паровых котлов. Рассчитано на аппаратчиков ко- тельных, занимающихся вопросами водоподготовки Табл. 23. Ил. 31. Список лит : 15 назв. Рецензент инж. Г. Ф. Маслов Редакция литературы по энергетике, электронике, кибернетике и связи Зав редакцией 3 В Божко 30303-038 ----------—36-78 М202(04)-78 © Издательство «Техшка», 1978
ПРЕДИСЛОВИЕ На промышленных предприятиях страны в теп- лосиловом хозяйстве эксплуатируется громадное количество паровых котлов низкого давления, при- меняемых для выработки пара, который в дальней- шем используется для технологических нужд. От надежности и эффективности работы котельного оборудования во многом зависят количество и в основном качество выпускаемой предприятиями продукции. Кроме этого, промышленные паровые котлы низкого давления расходуют 46% топлива, потребляемого в энергетике страны. Поэтому эко- номичность работы паровых котлов является одним из важных факторов их эксплуатации. Большое влияние на экономичность работы паровых котлов оказывают качество питательной воды и отложе- ния накипи на внутренних поверхностях нагрева. Например, накипь толщиной 1 мм в паровом котле приводит к пережогу 2% топлива. Накипь прочно связывается с поверхностями нагрева и сосредоточивается преимущественно на наиболее теплонапряженных поверхностях кипя- тильных и экранных труб и барабанов паровых котлов. Отложения накипи на стенках кипятиль- ных труб котлов и экранов вызывают перегрев металла вследствие ухудшения отвода тепла (на- кипь проводит тепло примерно в 40 раз хуже, чем железо). Перегрев приводит к потере прочности металла; в результате этого происходит образова- ние отдулин, свищей, разрыв стенок, а иногда взрыв парового котла. 3
На скорость образования накипи существенно влияет тепловое напряжение поверхности нагрева котельного агрегата. Практика показала, что при переводе котлов с твердого топлива на природный газ или мазут и резком возрастании теплонапря- жений поверхностей нагрева (для котлов ДКВР до 50%) стали наблюдаться аварии из-за разрыва экранных и кипятильных труб. По материалам Котлонадзора СССР, аварии из-за неудовлетворительного качества питательной воды составляют 30% всех зарегистрированных аварий паровых котлов. Большое влияние на на- дежность эксплуатации теплоэнергетического обо- рудования оказывают растворимые в воде газы (кислород и углекислота), которые разрушают ме- талл котельных агрегатов, теплопотребляющей и теплообменной аппаратуры, а также трубопрово- дов. Для предотвращения процессов, нарушающих надежность и эффективность работы котельных установок и технологического оборудования, произ- водят соответствующую обработку природной воды. В соответствии с требованиями Госгортехнад- зора СССР во всех промышленных котельдых с котлами производительностью 0,7 т/ч и более должны быть установлены водоподготовительные установки для получения питательной воды опре- деленного качества. Водный режим парового котла должен обеспе- чивать работу без повреждений поверхностей на- грева вследствие отложений накипи и шлама, без превышения щелочности котловой воды до опас- ных пределов и получение пара надлежащего ка- чества. Отзывы и пожелания просим направлять по ад- ресу: 252601, Киев, 1, ГСП, Пушкинская, 28, изда- тельство «Техника».
Глава 1 ПРИМЕСИ, СОДЕРЖАЩИЕСЯ В ПРИРОДНОЙ ВОДЕ, И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ НАКИПИ В ПАРОВЫХ КОТЛАХ 1. ВИДЫ ПРИМЕСЕЙ Во всех поверхностных ‘ и подземных водах (рек, прудов, озер, морей, артезианских скважин, родников) всегда содержатся разнообразные при- меси в растворенном и взвешенном состоянии. Ко- личество и состав примесей в природной воде зави- сят от характера ее взаимодействия с атмосферой и почвой. Даже в наиболее чистой атмосферной воде, выпадающей на землю в виде осадков, со- держится примесей не менее 5—10 мг/кг, а в про- мышленных районах это количество примесей зна- чительно увеличивается из-за больших выбросов в атмосферу отходов производства промышленных предприятий. Кроме того, в атмосферной воде раст- воряются в небольших количествах кислород, угле- кислый газ, азот, сероводород и другие газы. Атмосферная вода, протекая по поверхности земли или проходя через грунт, обогащается до- полнительным количеством растворимых соедине- ний. И, наконец, в образовавшиеся ручьи или реки сбрасывают бытовые, дренажные и производствен- ные сточные воды. Природные воды (поверхностные и подземные) содержат следующие наиболее часто встречающие- ся примеси: I) твердые и жидкие взвешенные вещества (пе- сок, глину, илистые частицы, остатки растений, 5
частицы минералов, капельки минеральных масел, нефти, мазута и т. п.); 2) окрашивающие вещества; 3) бактерии и другие микроорганизмы; 4) коллоидные и полуколлоидные вещества (гу- миновые вещества, сложные белковые аминокисло- ты, коллоидно-измельченные частички минералов, окислы железа и алюминия). Эти вещества не осаждаются в течение весьма длительного вре- мени; 5) растворенные газы; 6) природные соли, кислоты и щелочи, находя- щиеся в истинно растворенном состоянии и диссо- циирующие в воде на ионы. В подавляющем большинстве случаев состав природных вод определяется следующими ионами: Са2+, Mg2+, Na+, С1~, SO42-, НСО3-, HS1O3-. Остальные ионы: СО32-, Н+, ОН-, NH4+, РЮг-, NO32-, Fe2+, Си24- обычно содержатся в природных вбдах в незначительных количествах. Молекулы электролитов (солей, оснований и ки- слот), т. е. веществ, растворы которых способны проводить электрический ток, в водном растворе распадаются на ионы: положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. Ка- тионами чаще всего являются металлы (Mg2+, Са2+, Na+ и др.) и водород (Н4), анионами — группы кислотного остатка (SO42-, СО32-, Cl-и др.) и гидроксильная группа (ОН-). Ионы (катионы и анионы) обозначают так же, как атомы и молеку- лы, причем к обозначению иона добавляют указа- ние числа электрических зарядов и характер за- ряда. Так, катион кальция обозначается Са2+. Это означает, что его электрический заряд равен двум положительным единицам. Анион хлора обозна- 6
чается С1~. Это означает, что его электрический заряд равен одной отрицательной единице. Про- цесс распада молекул на ионы называется электро- литической диссоциацией. В природных водах сильными электролитами являются почти все соли, минеральные кислоты (соляная, серная, азотная) и едкие щелочи (КОН и NaOH), а слабыми элек- тролитами—органические и некоторые минераль- ные кислоты (угольная, кремниевая) и их основа- ния (аммиак). Неэлектролитами являются раство- ренные газы и различные органические вещества. Примеси в природных водах могут находиться в трех состояниях: 1) в истинно растворенном состоянии, образуя истинный или молекулярный раствор. В истинном растворе между молекулами воды размещаются отдельные молекулы или ионы растворенного веще- ства: газов, минеральных солей и некоторых орга- нических соединений. Диаметр частиц, которые на- ходятся в истинно растворенном состоянии, не пре- вышает одной миллионной миллиметра; 2) в коллоидно-растворенном состоянии, обра- зуя растворы, в которых диаметр частиц примесей имеет от 1 до 100 миллионных миллиметра. В этих растворах между водой и коллоидно-растворенным веществом имеется поверхность раздела; 3) в грубодисперсном состоянии, образуя взве- си, в которых диаметры частиц имеют размеры более 100 миллионных частей миллиметра. Во вре- мя отстаивания эти взвеси или выпадают в осадок, если они тяжелее воды, или всплывают на по- верхность, если они легче воды Взвеси образуются частицами песка, глины, остатками вымершей ра- стительности и пр.
2 ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ Важнейшими показателями качества воды, ко- торые определяют пригодность ее для использо- вания в котельных агрегатах, являются общая жесткость, щелочность, сухой остаток, окисляе- мость и содержание коррозионно-активных газов (кислорода и углекислого газа). Жесткость воды — один из наиболее важных показателей качества воды, используемой для па- ровых котлов. Жесткость характеризуется наличи- ем в ней накипеобразующих солей кальция и маг- ния. Чем больше в ней кальциевых и магниевых солей, тем она считается более жесткой. Общая жесткость воды есть суммарная кон- центрация в ней ионов кальция и магния, выра- женная в эквивалентных единицах. За единицу жесткости принят миллиграмм-эквивалент на кило- грамм (мг-экв/кг), употребляемый для измерения высоких жесткостей, и микрограмм-эквивалент на килограмм (мкг-экв/кг)—для измерения малых жесткостей. Для пересчета выраженных в мг/кг концентра- ций кальция и магния в мг-экв/кг их необходимо поделить на эквивалентные веса этих катионов: X — Ccj2~1'. ук _ 20,04 ’ W — 12, 16 ’ где Сса2+ и Смв2+ — концентрация в воде катио- нов кальция и магния, мг/кг; Ж — жесткость, мг-экв/кг; 20,04 и 12,16 — эквивалентный вес соот- ветственно кальция и магния. Эквивалентом вещества называют его количе- ство, соответствующее в данной реакции одному атому водорода. 8
Общая жесткость воды подразделяется на вре- менную (или карбонатную) и постоянную (или не- карбонатную). Временную (или карбонатную) жесткость со- ставляют содержащиеся в воде бикарбонаты каль- ция Са(НСОз)г и магния М£(НСОз)2. Эти соли при нагревании выше 70° С распадаются и образу- ют малорастворимые соли СаСОз и MgCOs, кото- рые выпадают в осадок и в виде шлама удаляются из воды при продувке. Постоянная (или некарбонатная) жесткость во- ды определяется содержанием в ней сернокислых и хлористых солей кальция и магния. При непрерыв- ном испарении воды из котла концентрация раст- воренных в ней солей постоянной жесткости возра- стает, и при достижении предела растворимости начинается процесс выпадения отдельных солей из раствора. Выпадающие из воды соли постоянной жесткости образуют плотную накипь на стенках труб и барабанов котла. Общая жесткость воды равна сумме постоян- ной и временной жесткостей. Таким образом, с од- ной стороны, общая жесткость воды равна сумме кальциевой и магниевой жесткостей и, с другой стороны, сумме постоянной (некарбонатной) и вре- менной (карбонатной) жесткостей. По величине общей жесткости природные воды подразделяются: малой жесткости Жо< <1,5 мг-экв/кг; средней жесткости Жо=1,5... 3 мг-экв/кг; повышенной жесткости Жо = 3... 6 мг-экв/кг; высокой жесткости Жо = 6... 12 мг-экв/кг и очень высокой жесткости Жо> > 12 мг-экв/кг. Щелочность представляет собой суммарную концентрацию содержащихся в воде бикарбонатов, карбонатов, гидратов и солей других слабых орга- 9
нических кислот (гуматов). Все перечисленные ве- щества вступают в реакцию с соляной и серной ки- слотами с образованием хлористых или сернокис- лых солей щелочных и щелочноземельных метал- лов. Количество кислоты, затраченное на титрова- ние с индикатором метилоранжем, дает величину общей щелочности воды. Щелочность измеряется теми же единицами, что и жесткость, т. е. мг-экв/кг и мкг-экв/кг. Щелоч- ности в 1 мг-экв/кг соответствует содержание в 1 л воды примерно 53 мг кальцинированной соды Na2CO3, 40 мг едкого натрия NaOH, 54,7 мг три- натрийфосфата и т. д. В природных водах щелочность обусловливает- ся обычно присутствием бикарбонатов, гидратов и гуматов. В зависимости от анионов различают сле- дующие щелочности: бикарбонатпую (концентра- ция бикарбонатпых ионов НСО3-), карбонатную (концентрация карбонатных ионов СО32-), гидрат- ную (концентрация гидроксильных ионов ОН-) и др. В простейшем случае приближенно можно счи- тать, что общая щелочность волы может состоять только из гидратной щелочности; из суммы гидрат- ной и карбонатной щелочности; из суммы карбо- натной и бикарбопатной щелочности; только из би- карбонатной щелочности. Сухой остаток характеризует пригодность дан- ной воды для питания паровых котлов и выражает суммарное содержание растворенных в воде неле- тучих молекулярно-дисперсных и коллоидных ве- ществ минерального и органического происхожде- ния. Сухой остаток определяется путем выпаривания определенного объема предварительно профильт- рованной воды с последующим высушиванием 10
остатка при температуре 110°С до постоянной мас- сы. Он характеризует весовую величину содержа- ния примесей воды, обладающих термической устойчивостью при указанной температуре высу- шивания. Сухой остаток измеряется в миллиграм- мах на килограмм (мг/кг). В сухой остаток не входят взвешенные веще- ства, летучие вещества (например, НСО3~, NH3 и др.) и растворенные в воде газы. По сухому остатку различают воды маломинерализованные (до 200 мг/кг), среднеминерализованные (200— 500 мг/кг), повышенноминерализованные (500— 1000 мг/кг) и сильноминерализованные (более 1000 мг/кг). Окисляемость. Все природные воды в различных количествах содержат органические вещества. Осо- бенно их много в поверхностной воде, а в водах артезианских колодцев количество таких веществ очень незначительно. Непосредственно определить содержание орга- нических веществ в воде практически невозможно. Поэтому концентрация их в воде косвенно изме- ряется величиной окисляемости, которая показы- вает, какое количество кислорода или окислите- ля — марганцевокислого калия КМпО4 (перманга- ната калия) — затрачивается при известных условиях на окисление (до Н2О и СО2) органиче- ских веществ, содержащихся в 1 л воды. Содержа- ние органических веществ приближенно можно определить как разность между сухим и минераль- ным остатками. Содержание коррозионно-активных газов. Кор- розионно-активными газами являются кислород и свободная углекислота. Растворимость этих газов в воде находится в прямой зависимости от давле- ния и в обратной зависимости от температуры 11
воды, в которой этот газ растворен. Если над поверхностью воды находятся несколько различных газов, то растворимость каждого из них пропорцио- нальна его парциальному давлению. Следователь- но, на растворимость данного газа не влияет при- сутствие других газов, а она зависит только от того давления, которое создает это1 газ, если только этот газ находится над раствором. В природных водах свободной углекислоты растворяется незначительное количество, так как ее мало в атмосферном воздухе, и создаваемое ею парциальное давление невелико. Растворимость в воде газов измеряется в миллиграммах на кило- грамм (мг/кг). Растворимость кислорода в воде при контакте с воздухом приведена в табл. 1. Таблица I Растворимость кислорода в воде при контакте с воздухом и давлении 0,1 МПа Темпера- тура во- ды, °C Содержа- ние кисло- рода, мг/кг Темпера- тура во ДЫ, °C Содержа- ние кисло рода, мг/кг Темпера- тура по- ды, сс Содержа- ние кисло- рода, мг/кг 0 14,6 11 11,0 30 7,5 1 14,2 12 10,8 35 7,0 2 13,8 13 10,5 40 6,5 3 13,4 14 10,3 45 6,0 4 13,1 15 10,1 50 5,6 5 12,8 16 9,9 60 4,8 6 12,4 17 9,7 70 3,9 7 12,1 18 9,5 80 2,9 8 11,8 19 9,3 90 1,6 9 11,6 20 9,1 100 0 10 11,3 25 8,3
3. ВОДНЫЙ РЕЖИМ И НАКИПЕОБРАЗОВАНИЕ В ПАРОВЫХ КОТЛАХ Различные примеси, которые содержатся в на- греваемой и испаряемой волах, выделяются па внутренних поверхностях котлов в виде накипи, а внутри водяной массы — в виде шлама. Накипь представляет собой твердые отложения, слаборастворимые в воде и выпадающие на поверхностях нагрева паровых котлов в виде ко- тельного камня. Накипь прочно связывается с по- верхностями нагрева и сосредоточивается преиму- щественно на наиболее теплопапряженных поверх- ностях кипятильных и экранных труб. Образую- щаяся в паровых котлах накипь состоит в основном из сульфатной накипи CaSO4 и MgSO4, обладаю- щей большой твердостью и плотностью. Накипь — плохой проводник тепла. Коэффициент теплопро- водности накипи в зависимости от ее состава и фи- зической структуры в 10—700 раз меньше тепло- проводности металлических стенок котла. Из-за малой теплопроводности накипи металл кипятильных и экранных труб плохо охлаждается п подвергается сильному перегреву, в результате чего уменьшается сто прочность. Это может при- вести к появлению на трубах отдулин, трещин, разрыву труб и даже к взрыву барабанов котла. Кроме того, наличие накипи на стенках труб па- ровых котлов приводит к перерасходу топлива. За- висимость перерасхода топлива от толщины наки- пи приведена в табл. 2. В отличие от накипи, шлам представляет собой илообразный осадок, выпадающий в воде. Он в ос- новном состоит из углекислого кальция, гидрата окиси магния и механических примесей. Шлам удаляется из котлов во время их продувки. 13
Таблица 2 Зависимость перерасхода топлива от толщины накипи Толщина накипи, мм I 2 3 4 5 6 7 Среднее значе- ние перерасхода топлива, % 2,8 4,2 5,5 6,7 7,8 8,5 9,3 Водный режим паровых котлов должен обеспе- чивать работу котла и питательных трубопроводов без повреждения их элементов вследствие отложе- ний накипи и шлама, без превышения относитель- ной щелочности котловой воды до опасных преде- лов или в результате коррозии металла, а также получение пара необходимого качества. Экономичность работы парового котла также в значительной мере зависит от правильной органи- зации водного режима. Паровые котлы с давлени- ем пара более 0,07 МПа и производительностью 0,7 т/ч и более должны быть оборудованы уста- новками для докотловой обработки воды. Допу- скается применение и других эффективных спосо- бов обработки воды, регламентирующих выполне- ние соответствующего водного режима. Для таких котлов должны быть заведены ре- жимные карты с указанием порядка анализов кот- ловой и питательной воды, режима непрерывной и периодической продувки, норм на качество пита- тельной и котловой воды, сроков остановки котла на очистку и промывку и порядка осмотра. Результаты проведенных работ по водоподго- товке, анализам воды и водному режиму котлов заносятся в журнал, где также отмечаются вид и толщина обнаруженных при осмотре накипи и шла- 14
ма, замеченные коррозионные повреждения и при- знаки обнаруженных неплотностей в вальцовочных или заклепочных соединениях. Качество питательной воды для паровых котлов при докотловой обработке воды должно удовле- творять основным требованиям, приведенным в табл. 3. Таблица 3 Нормы качества питательной воды для паровых котлов при докотловой обработке воды Тип котла Общая жесткость ВОДЫ, МКГ’ экв/кг. ие более Содержание растворен- ного кисло- рода, мкг/кг, ие более Содер- жание масла, мг/кг, ие бо- лее Газотрубные, жаротрубные и верти- кально-цилиндрические, работаю- щие: на твердом топливе 500 Не норми- руется на жидком или газообразном топливах 30 То же Водотрубные паропроизиодитель- иостью 2 т/ч и более с рабочим давлением: до 1,3 МПа 20 30; 100* 5 от 1,3 до 3,9 МПа 15 30; 1001 3 1 Для котлов со стальными экономайзерами 30 мкг/ кг» ие имеющих экономайзеров и котлов с чугунными экономайзерами 100 мкг/кг. Свободная углекислота в питательной воде дол- жна отсутствовать. Относительная щелочность котловой воды составляет не более 20%. Нормы качества котловой воды и режим продувок уста- навливаются на основании теплохимических испы- таний каждого котла. 15
Для обеспечения заданного водного режима необходимо систематически удалять (производить продувку) из паровых котлов соли, поступающие с питательной водой, иначе произойдет быстрое увеличение щелочности котловой воды, ее вспени- вание, а также возникнут коррозионные разруше- ния металла котла. Существует два вида продувок котла: периоди- ческая и непрерывная. Периодическая продувка котла проводится че- рез определенные промежутки времени и предна- значается для удаления шлама из нижних точек агрегата: барабана, коллекторов и др. Она про- водится кратковременно, но с большим сбросом котловой воды, которая при своем движении увле- кает находящийся в барабане или коллекторе шлам и выносит его наружу в так называемый расширитель (барботер), предназначенный для охлаждения котловой воды. Охлаждение котловой воды осуществляется смешением ее с холодной водопроводной до такой температуры, при которой смесь можно выпускать в канализацию. Непрерывная продувка должна обеспечивать во время работы котла постоянный отвод накапли- вающихся в котловой воде растворенных солей для предотвращения образования отложений и поддер- жания нормального водного режима котла. Место забора котловой воды непрерывной продувки должно быть удалено от места ввода в барабан котла питательной воды. Непрерывная продувка обычно осуществляется из верхнего барабана кот- ла. Для более равномерного забора котловой воды вдоль барабана прокладывается труба с отверсти- ями, через которые вода поступает в трубу. 16
В котлах с большой добавкой химически Очи- щенной воды непрерывная продувка может дости- гать 3—5% от паропроизводителыюсти котла, что связано с большими потеря- ми тепла с продувочной во- дой. Поэтому продувочную воду направляют в расши- ритель непрерывной продув- ки, в котором происходит отделение пара от воды. Вы- Рис 1. Схема устройства для не- прерывной продувки паровых кот- лов с использованием тепла про- дувочной воды: / — верхний барабан котла; 2 — запор ные шольчатые вентили; 3 —расшири толь; 4 — дроссельный регулирующий вентиль, 5 — охладитель для отбора проб котловой воды, 6 — химически очищенная вода, 7— поверхностный теплообменник; 8 — расширитель (бар- ботер). делившийся в расширителе пар сепарируется и на- правляется в деаэратор для использования его те- пла и полученного из него конденсата. В поверхно- стных подогревателях используется также большая часть тепла самой продувочной воды, уходящей из расширителя. На рис. 1 изображена принципиальная схема устройства для непрерывной продувки паровых котлов с использованием тепла продувочной воды. Продувочная котловая вода, которая удаляется из барабана котла /, сначала проходит через запор- ные вентили 2 и через дроссельный регулирующий неи гиль 4, расположенный на штуцере расшири- теля -Ч. О 1 120 17
В расширителе непрерывной продувки давление поддерживается обычно на уровне давления в термическом деаэраторе, куда отводится выпар из расширителя. Уровень волы в расширителе под- держивается с помощью поплавкового регулятора, который воздействует на выходную дроссельную задвижку. Если происходит большой расход про- дувочной воды, то для экономии тепла устанавли- вают теплообменник, в котором продувочная вода подогревает химически очищенную воду. Продувоч- ную воду по выходе се из теплообменника можно использовать для подпитки тепловых сетей. При отсутствии потребителей продувочной воды она после теплообменника сливается в барботер, где охлаждается холодной водой до 30—50° С и спускается в канализацию Для поддержания тре- буемого режима котловой воды с помощью непре- рывной продувки паровые котлы должны быть оборудованы устройствами, обеспечивающими удобство регулирования и измерения расхода про- дувочной воды. При ручном регулировании не- прерывной продувки возможны значительные коле- бания состава котловой воды. Это приводит к необходимости поддерживать пониженные значе- ния солесодержапия, чтобы избежать ухудшения качества пара. Величина продувки котлов равна: при восполнении потерь дистиллятом или обес- соленной водой 0,3—0,5%; при восполнении потерь химически очищенной водой 0,5—3%; при невозврате потребителями свыше 30% кон- денсата при данной паропроизводителыюсти ко- тельной и солесодержапии добавочной химически очищенной воды свыше 300 мг/кг допускается про- дувка до 5%. 18
Таблица 4 Нормативные требования к качеству подпиточной воды систем теплоснабжения (СНиП П-Г. 10-62) I IoKd3dTe.'lb Содержание растворенного кислорода, мг/кг: при открытых системах при закрытых системах Карбонатная жесткость3, мг экв/кг Общая жесткость при исполь- зовании в качестве подпиточ- ной воды непрерывной про- дувки котлов*, мг экв'кг Величина pH Содержание взвешенных ве- ществ, мг/кг При установке сталь пых водсмрейных кот лов При установ- ке подогрева- телей с латун- ными трубками Температура сетевой воды, °C До 100 150 до 100 | 150 0,05 0, D5 о,1 0,7—0,91 0,42— 0,53 0,7—1,5х 0,7 0,05 0,01 7—9 5 1 При окнсляемости воды более 6 мг/кг О8. 2 Для газомазутных водо! ройных котлов; для водогрейных котлов иа твердом топливе. 3 Карбонатная жесткость для промежуточных значений температуры се- тевой воды от 100 по 150е С определяется интерполяцией. 4 При открытой системе теплоснабжения использовать в качестве под- питочной воды непрерывную продувку котлов ие разрешается. Примечание. Условная сульфатио-кальциевая жесткость, мг/кг, не Должна превышать величины, при которой возможно выпадение из во- ды CaSO4. Максимальная величина продувки установлена для ограничения тепловых потерь, минимальная — для предотвращения шламовых отложений на обо- греваемых поверхностях парового котла. Водный режим отопительных водогрейных котлов опреде- 2* 19
ляется качеством подпиточной воды, подаваемой в тепловые сети. Подпиточная вода по своим теп- ловым показателям должна соответствовать требо- ваниям, приведенным в табл. 4. Глава 2 ТЕХНОЛОГИЯ ВОДОПОДГОТОВКИ 4. ОСВЕТЛЕНИЕ ВОДЫ ФИЛЬТРОВАНИЕМ Вода, используемая для приготовления пита- тельной воды котлов, содержит значительное коли- чество грубодисперсных взвешенных минеральных (песок, глина) и органических (остатки растений) веществ. Поэтому ее необходимо осветлять. Освет- ление воды осуществляется в механических фильт- рах путем пропускания ее через слой мелкозерни- стого материала. При фильтровании воды твердые частицы за- держиваются на поверхности или в толще филь- трующего слоя. В механических фильтрах вода, содержащая грубодисперсную взвесь, образует фильтрующую пленку на поверхности фильтрующе- го материала. С течением времени по мере накоп- ления осадка в фильтрующем слое роль его верх- них слоев уменьшается и после предельного насы- щения они перестают осветлять воду. Постепенно область предельного насыщения распространяется вглубь. Одновременно вглубь загрузки фильтрующего слоя перемещается и об- ласть интенсивного изменения концентрации взве- си в воде. Когда вся толщина загрузки окажется недостаточной для обеспечения требуемой полноты осветления воды, концентрация взвеси в фильтруе- мой воде будет быстро возрастать. 20
Фильтрование воды в механическом фильтре происходит за счет разности давлений над и под фильтрующим слоем. Эта разность давлений на- зывается потерей напора в фильтре. Сопротивле- ние (потеря напора) в фильтрующем слое тем больше, чем выше скорость фильтрования, высота фильтрующего слоя, степень сто загрязнения и чем меньше размер зерен фильтрующего материала. Фильтрование воды сопровождается увеличением гидравлического сопротивления фильтра вследст- вие накопления в фильтрующем слое задержанной взвеси и уменьшения свободного объема пор меж- ду зернами фильтрующего материала. Сопротив- ление чистого фильтрующего слоя механического напорного фильтра равно 4 кПа, а максимально до- пустимое сопротивление — 0,1 МПа. С увеличением сопротивления фильтра умень- шаются скорость фильтрования и производитель- ность фильтра. Для поддержания производитель- ности фильтра следует периодически увеличивать степень открытия задвижки на трубопроводе под- вода воды к фильтру с целью увеличения в нем перепада давлений. При максимальном загрязне- нии фильтра, которое характеризуется предельно допустимым сопротивлением, он выключается и ставится на взрыхляющую промывку, при которой осветленная вода пропускается через фильтрую- щий слой снизу вверх. Период работы фильтра от начала одной промывки до начала следующей на- зывается фильтроциклом. Продолжительность фильтроцикла состоит из полезной работы фильтра и времени выключения фильтра на промывку. Величина фильтроцикла за- писи г от удельной [рязеемкости фильтра (т. е. от количества загрязнений, задержанных фильтром за цикл, отнесенных к 1 м3 фильтрующей загрузки), 21
основных его размеров, концентрации взвешен- ных веществ в фильтруемой воде и производитель- ности фильтра. В качестве фильтрующего материала применя- ют кварцевый песок, дробленый гравий, мрамор- ную крошку, антрацит и др. Фильтрующие мате- риалы, загружаемые в осветлительные фильтры, должны удовлетворять следующим требованиям: хорошо задерживать находящиеся в воде взвешен- ные вещества и хорошо отмываться от них при промывке; не обогащать фильтруемую воду вред- ными веществами, входящими в состав фильтрую- щего материала; быть стойкими против химическо- го воздействия на них фильтруемой воды; не под- вергаться сильному измельчению и истиранию при промывке. По размеру зерен фильтрующего материала различают: мелкозернистые медленные фильтры — средний размер зерен менее 0,5 мм; крупнозерни- стые— размер зерен более 1 мм; нормальные ско- ростные— средний размер зерен 0,6—1 мм. 5. МЕТОДЫ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ При умягчении воды обычно применяют два ио- нообменных метода: натрий (Na)- и водород (Н)- катионитовый и реже аммониевыми реагентами. Натрий (Na)-KaTHOHHTOBbiH метод. Умягчение воды методом Na-катионирования осуществляется путем пропуска жесткой воды через слой загру- женного в фильтр специального материала (катио- нита): сульфоугля, искусственных смол, способных к обмену катионов, и др. Сульфоуголь — это каменный уголь, обработан- ный крепкой серной кислотой. Насыпная плотность воздушно-сухого сульфоугля 0,55 т/м3, размер зе- 22
рен 0,3—1,2 мм, емкость поглощения 280— 360 г-экв/м3. Сульфоуголь практически нераство- рим в воде. Засыпанный в фильтр катионит сначала насыщают ионом натрия. Это достигается промыванием материала раствором поваренной со- ли. Затем через фильтр пропускают умягчаемую воду. Катионит обладает способностью извлекать из воды ионы накииеобразовагелей (кальция Са2+ и магния Mg2+) и взамен их отдавать воде эквива- лентное количество ионов натрия Na+, содержа- щихся в катионитном материале. Формулу катионитов принято выражать в виде R-, где R-— сложный комплекс катионита, выпол- няющий роль аниона. Смысл катионного обмена состоит в том, что соли — накипеобразователи пе- реводятся в соли, не образующие накипи. Протекающие при этом реакции умягчения име- ют следующий вид: 2NarR~ + Са21 Са2 fRF + 2Nah; 2Na l-R ’ + Mg24 X Mg2'hR7 + 2Na'h, где NaR-, CaR2_ и MgR2~ — соответственно ка- тионы натрия, кальция и матия. Изменение солевого состава воды при Na-ка- тионитовом умягчении может быть представлено следующими условными уравнениями в молекуляр- ной форме: 2NaR + Са (НСО8)2 CaR2 + 2NaHCO3; 2NaR + Mg(HCO3)2^ MgR2 + 2NaIICO3; 2NaR + CaSO4^CaR2 |- Na2SO4; 2NaR + MgSO, X MgR2 + Na.,S04; 2NaR + CaCI2^CaR2 + 2NaCl; 2NaR + MgCl2^ MgR2 + 2NaCl. 23
Как видно из приведенных уравнений, при ка- гионировании все соли кальция и магния превра- щаются в легкорастворимые соли натрия, не спо- собные образовывать накипь в котлах. В процессе Na-катионирования не происходит понижения общего солесодержания умягченной во- ды. При умягчении воды катионит истощается и для восстановления он должен быть подвергнут ре- генерации, т. с. через слой истощенного катионита пропускают раствор поваренной соли. При этом катионы натрия вытесняют из катионита ранее по- глощенные катионы кальция и магния, а катионит, обогащенный обменными катионами натрия, вновь получае-i способность умягчать воду. После регенерации катионита его промывают чистой водой для удаления продуктов регенерации (СаС12 и MgCl2) и остатка поваренной соли. Уда- лением остаточных продуктов реакции заканчи- вается регенерация катионита. Каждый катионит- ный материал, обогащенный катионами натрия (Na+), способен обменивать вполне определенное их количество на катионы солей жесткости. Об- менная способность катионита выражается в г-экв/м3, т. е. в I рамм-эквивалентах задержанных катионов на 1 м3 катионита, находящегося в раз- бухшем состоянии (после пребывания в воде). Различают полную и рабочую обменную способ- ность катионита. Рабочая обменная способность — это количе- ство катионов кальция и магния (в грамм-эквива- лентах), которое задерживает 1 м3 катионита до момента появления в фильтре некоторого количе- ства жесткости. Обменная способность, отнесенная ко всему объему катионитной загрузки фильтра, называется емкостью поглощения данного катио- нитного фильтра и выражается также в г-экв/м3. 24
При умягчении воды Na-катионитовым методом температуру ее не рекомендуется поднимать выше 60° С. Преимущества Na-катиопитового метода: высо- кая степень умягчения воды, компактность аппара- туры и простота эксплуатации, а также использо- вание для регенерации недефицитной и дешевой поваренной соли. Недостатком этого способа яв- ляется высокая щелочность умягченной воды. Н-катионитовый метод. При этом методе умяг- чения вода пропускается через слой катионита, со- держащего в качестве обменных ионов катионы водорода. Умягчение воды Н-катиоиированием ос- новано на способности катиона водорода Н+ обме- ниваться в катионите на катионы кальция, магния, натрия и др. При Н-катионировании умягчаемой воды про- исходя! следующие реакции: Са2 h -f- 2Н Ca2 FRr + 2Н ь; Mg2 ь -f- 2Н bR~ Mg2 FR2- 4- 2Н NaF 4- H+r-NaFR~ 4- H+; HCO3~ 4- н1 -> H2O 4- CO2. Как видно из приведенных реакций, в результа- те Н-катионного обмена карбонатная жесткость полностью устраняется, вследствие чего снижается солесодержание и устраняется щелочность воды. Так как в процессе Н-катионирования все ка- тионы в воде заменяются катионами водорода, то находящиеся в растворе сульфаты, хлориды и ни- траты кальция, магния, натрия и другие преобра- зуются в свободные минеральные кислоты (серную, соляную, азотную и др.). В результате П-катиони- 25
рования получается мягкая, но кислая вода, не содержащая кальция, магния и натрия. Кислотность Н-катионированной воды в сред- нем равна сумме содержания хлоридов и сульфа- тов в исходной (сырой) воде, и для вод, нс содер- жащих катионы Na+, может быть принята равной некарбонатной жесткости воды. Регенерация истощенного Н-катионита обычно осуществляется фильтрованием через его слой 1— 1,5%-ного раствора серной кислоты. При концент- рации серной кислоты выше 2% создается опас- ность обрастания зерен катионита отложениями сульфата кальция (загипсование), вследствие чего катионит полностью теряет ионообменную способ- ность. При пропускании раствора серной кислоты через слой истощенного катионита ионы водорода вытесняют из него ионы кальция и магния, послед- ние переходят в раствор и удаляются в дренаж. Обогащенный обменными катионами водорода ка- тионит вновь приобретает способность умягчать воду. Реакции, протекающие в процессе регенерации, могут быть выражены следующими условными уравнениями в молекулярной форме: Ca2+R2- + II2SO4 -> 2Н FR“ + CaSO4; Mg2+Rf + II2SO4 ->-2H hR~ + MgSO4; 2Na4 R- + H2SO4 -> 2» ^" + Na2SO4. Для удаления продуктов регенерации (CaSO4, MgSO4) и остатков серной кислоты отрегенериро- ванный катионит промывают сырой водой. На этом процесс регенерации заканчивается, и фильтр мо- жет работать для умягчения воды. Ввиду того, что катиопированпая вода кислая н непригодна для 26
питания паровых котлов, П-катионирование всегда сочетают с Na-катионированием, что дает возмож- ность нейтрализовать кислотность и снизить ще- лочность умягчаемой воды. Комбинированное H-Na-катионирование может работать по схемам параллельного, последователь- ного и совместного (в одном фильтре) катиониро- вания. Образующиеся в Н-катионитном фильтре серная и соляная кислоты нейтрализуют большую часть щелочной воды после Na-катионирования. Остаточная щелочность воды после комбинирован- ной параллельной обработки в H-Na-катионитных фильтрах составляет менее 0,3—0,7 мг-экв/кг, при последовательной обработке — 0,7—1 мг-экв/кг, а при совместном катионировании—1,4— 1,8 мг-экв/кг. Обработка воды аммониевыми реагентами. Об- работка воды аммониевыми реагентами приме- няется для устранения вредного влияния чрезмер- ной щелочности на теплоэнергетическое оборудо- вание, что достигается введением солей аммония в питательную или котловую воду или путем умяг- чения добавочной воды в катионитных фильтрах, в которых фильтрующий слой катионита насыщен обменными катионами аммония (NH4). При этом ионы Са2+, Mg2+, а также ионы натрия (Na+), со- держащегося в обрабатываемой воде, обменивают- ся на ионы аммония (NH4). В МН4-катионированной воде содержатся раз- личные соли аммония: бикарбонат (NH4IICO3), сульфат [(NH4)2SO4J, хлориды (NH4C1), которые, попадая в котел, под действием высокой темпера- туры подвергаются гидролитическому разложению с образованием углекислоты, аммиака и сильных кислот — серной и соляной. Углекислота и амми- ак уносятся паром, а кислоты взаимодействуют с 27
растворенными в котловой воде щелочами и ней- трализуют их. Во избежание образования избыточной кислоты в котловой воде нельзя подвергать всю воду, иду- щую на питание паровых котлов, ПН4-катиониро- ванию. Таким же образом, как и при Н-катпопиро- вании, требуемый состав умягченной воды полу- чается сочетанием МН4-катионировапия с Na-ка- тионированием. Применяется параллельное или сов- местное NHrNa-катионированис. При параллель- ном катионировании часть воды направляется в \Н4-катиопитные фильтры, а часть —в Na-катио- нитпыс, после которых оба потока воды смеши- ваются и направляются в питательный бак. В ка- честве катионита применяется сульфоуголь. Обменную способность МН4-ка гионита, скорость воды и ее расход на технологические операции при обслуживании фильтров можно принимать таки- ми же, как и при Na-катионировании. Для регене- рации истощенною катионита применяется раствор соли хлорида аммония (NH4C1) или раствор соли сульфата аммония [(NH4)?SO4]. В основном для регенерации применяется 2—3%-ный раствор суль- фата аммония как более доступный и дешевый. Более высокая концентрация не допускается во из- бежание загипсования зерен катионита. Регенера- ционный раствор сульфата аммония следует под- щелачивать содой, едким натрием или аммиаком до слабощелочной реакции по фенолфталеину, что необходимо для связывания остатков серной ки- слоты. Применение проточных солерастворителей для регенерации не допускается вследствие высокой концентрации регенерационного раствора в началь- ный период растворения соли. 28
6. ОСНОВНЫЕ АППАРАТЫ ВОДОПОДГОТОВКИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ Осветлительные механические фильтры. Приме- няемые на водоподготовительных устройствах освет- литслытые фильтры можно классифицировать по следующим признакам: по типу — на вертикальные и торизонтальные; по давлению воды над фильтрующим слоем — па открытые (самотечные) и закрытые (напор- ные) ; по количеству последовательно работающих слоев — на однослойные и двухслойные; по числу параллельно работающих камер — на однокамерные, двухэтажные, двухкамерные, трех- камерные и батарейные; по способу фильтрования — на одпопоточные и двухпоточные. В открытые фильтры вода поступает самоте- ком. Сопротивление фильтрующего и подстилочно- го слоев и дренажного устройства преодолевается в них за счет напора столба воды, находящейся над фильтрующим слоем. Открытый механический фильтр представляет собой вертикальную цилинд- рическую емкость. Над плоским днищем находится дренажное устройство, представляющее собой тру- бу диаметром 125—150 мм, с обеих сторон к кото- рой приварены горизонтальные патрубки диамет- ром 38—50 мм, расположенные на расстоянии 100— 150 мм друг от друга и равномерно распределенные по всему днищу. Дренажное устройство предназначено для от- вода из фильтра осветленной воды, а в период про- мывки — для подвода под фильтрующий слой промывочной воды. Дренажное устройство обеспечи- 29
вает равномерное распределение потока воды по всему сечению фильтра. Для прохода воды в труб- ках дренажного устройства просверлены отверстия диаметром 2—4 мм, обра- щенные вниз и располо- женные под углом 45° к вертикали. Отверстия рас- положены в шахматном Таблица 5 Размер зерен и высота поддерживающих слоев в осветлителыюм фильтре Слой (от днища) Размер зе- рен в слое, мм Высота слоя, мм 1-й 16—20 150 2-й 8—16 100 3-й 4—8 100 4-й 2—4 50 5-й 1—2 50 порядке по длине трубы. Такое дренажное устрой- ство называется труб- чатым. На дренажное устройство загружают несколько поддерживаю- щих слоев (гравий, ще- бень) из крупнозернисто- го материала, на который загружают фильтрующий слой. Размер зерен этого материала и высота поддерживающих слоев приве- дены в табл. 5. Применение трубчатого дренажного устройства и поддерживающих слоев имеет следующие недо- статки: увеличивается общая высота фильтра на высоту поддерживающих слоев; при промывке фильтрующего слоя во время эксплуатации проис- ходит смещение поддерживающих слоев, что при- водит к ухудшению работы фильтра и вызывает необходимость его перезарядки. В настоящее вре- мя широкое распространение получили другие кон- струкции дренажных устройств, которые будут рассмотрены ниже. Нормальный постоянный уровень воды в фильт- ре поддерживается с помощью автоматического регулятора, воздействующего на выходную за- движку. В процессе работы фильтра по мере отложения 30
увеличивается, и когда Рис. 2. Устройство осветли- телыюго напорною фильт- ра: / — распределительная воронка, 2 — филирующий материал; 3 распределительное устройство для сжатого BOi'iyxa, 4 —дре важное устройство, 5 — бетон оды сверху вниз. Про- на поверхности и в толще фильтрующего слоя уловленных из воды взвешенных частиц его гид- равлическое сопротивление напор столба воды ста- новится недостаточным для преодоления сопро- тивления слоя, фильтр переключают в режим промывки. Промывочная вода, проходя через дре- нажное устройство и под- держивающие слои, вхо- дит в фильтрующий слой и «взмучивает» его. Взве- шенные вещества, прилип- шие к зернам фильтрую- щего материала и нахо- дящиеся на поверхност- ном его слое, отмывают- ся и уносятся водой, уда- ляемой из фильтра. По- сле промывки фильтра и удаления взвешенных час- тиц его переключают на режим отмывки подачей i должительность отмывки 20—25 мин. Длительность фильтроцикла безнапорных фильтров зависит от мутности исходной воды и составляет 8—24 ч и более. Осветлительные напорные фильтры. В настоя- щее время в промышленной энергетике наиболее широко применяются вертикальные напорные од- поноточные фильтры диаметром до 3 м и произво- дительностью до 50 т/ч. Устройство осветлительных напорных фильтров (рис. 2) аналогично устройству открытых фильтров. 31
Дренажная система, наружные трубопроводы, ар- матура, фильтрующий материал в основном та- кие же, как и в открытом фильтре. Корпус напор- ного фильтра представляет собой стальной ци- линдр со штампованными сферическими днищами, рассчитанный на давление 0,6 МПа. Вода подво- дится через воронку, расположенную в верхней ча- сти фильтра и служащую для равномерного рас- пределения фильтруемой воды. В верхней части фильтра находится также труба для отвода возду- ха. В цилиндрической части фильтра имеются два люка: верхний для загрузки фильтрующего мате- риала и контроля за его состоянием, нижний для выгрузки фильтрующего материала. Нижнее дни- ще заполнено бетоном для создания горизонталь- ной поверхности, на которой располагается дре- нажное устройство. Над дренажным устройством установлено подобное распределительное устройст- во для сжатого воздуха Дренажное устройство фильтра является очень важным его элементом. Наиболее широко распро- странены колпачковые дренажные устройства, в которых на ниппели из стальных распределитель- ных труб диаметром 13 мм навинчиваются щеле- вые дренажные колпачки. На рис. 3 изображены фарфоровый (а) дренаж- ный колпачок (ВТИ-5), достаточно устойчивый против истирания крупным песком при промывке фильтра, и пластмассовый (ВТИ-К) (б). Фарфоровые дренажные колпачки в нижней ча- сти имеют резьбу для навертывания на ниппели дренажного устройства. Верхняя часть колпачков выполнена в виде гайки для удобства навертыва- ния. На боковой поверхности колпачков находятся 24 щели высотой 20 мм и шириной по внешнему 32
периметру 0,4 мм и по внутреннему 1 мм. Общая площадь щелей колпачка 192 мм2. Колпачки типа ВТИ-К состоят из двух деталей: головки, которая в случае применения промежу- точного днища ввертывается непосредственно в пе- Рис 3. Щелевой колпачок: а — фарфоровый, б — пластмассовый го; переходного ниппеля, который в случае при- менения трубчатого дренажа навинчивается на ниппель трубчатого устройства, а затем в этот нип- пель ввертывается головка. Боковая поверхность каждой головки колпачка имеет 24 щели высотой 25 мм, шириной по внешнему периметру 0,3— 0,5 мм и по внутреннему периметру 1,2—1,4 мм. Общая площадь щелей колпачка ВТИ-К 240 мм2. 3 8-120 33
Пропускная способность колпачков ВТИ в за- висимости от потери напора в них приведена в табл. 6. Наряду с колпачковыми дренажными устройст- вами, в последнее время все более широко приме- няется бесколпачковое трубчато-щелевое устрой- ство, представляющее собой коллектор с боковы- ми распределительными трубками из нержавею- щей стали, винипласта или полиэтилена, в кото- Таблица 6 Пропускная способность кол- пачков ВТИ, м;)/ч Потеря Hd пора, в1 BTII-K ВТИ-Б 0,8 0,80 0,62 1,3 1,15 0,82 1,7 1,34 0,96 рых прорезаны верти- кальные или наклонные щели шириной 0,5 мм. Дренажные устрой- ства описанных конструк- ций применяют для осве- тлительных и катионит- ных фильтров. Осветли- тельные фильтры снабжены двумя манометрами: один устанавливается перед фильтрующим слоем, второй—за ним. Для контроля скорости фильтра- ции и производительности фильтра следует уста- навливать водомер с мгновенным указанием расхо- да воды. Катионитиые фильтры. Основными элементами катионитных водоумягчительных установок яв- ляются катионитные фильтры, устройство которых аналогично устройству напорных осветлитсльных фильтров. В промышленных и энергетических уста- новках чаще всего применяют вертикальные фильтры. Вертикальный катионитный фильтр (рис. 4) представляет собой цилиндрический корпус с дву- мя сферическими днищами, рассчитанный на ра- бочее давление 0,6 МПа. Диаметр катионитною 34
фильтра зависит от производительности. Отсче сгвенные заводы изготовляют фильтры диаметром от 0,7 до 3 м В Na-катионитных фильтрах над дни- щем расположено дренажное ус- тройство, представляющее собой коллектор с боковыми ответвляю щими патрубками меньшего диа- метра с заглушенными концами. К верхней части дренажных труб приварены вертикально ниппели с резьбой, на которые наверти ваются колпачки. Рис 4. Устройство вертикальною катио 11IITHOIO фильтра- / — подвод умя1часмой води и peiem рацион ною раствора, 2—верхнее распределительное устройство, 3 — ка гиони гнып материал: 4 — дренажное устройство, 5 — бетон, 6 — выход умягченной воды Дренажное устройство обеспечивает равномср нос распределение воды по сечению фильтра в це- лях эффективного использования всего загружен ного катионитного материала. В Н-катионитных фильтрах на нижнем днище из кислотостойкого бетона расположено щелевое дренажное устройство, выполненное из нержавею щей стали в виде трубок, отходящих от централь- ного сборного коллектора с отверстиями, которые сверху прикрыты полукожухами. Трубки на поло вину всего диаметра залиты бетоном. Умягчаемая вода подводится в фильтр либо че рез трубопровод с воронкой в верхней части во дяной подушки, либо через 1рубопровод с тарель мятым водораспределительным устройством В Na ка । иопитпых фильтрах регенерационный раствор 3* ЗБ
поступает через дырчатую кольцевую трубу, в Н-катионитных фильтрах—через патрубок исход- ной (сырой) воды. Внутренняя поверхность Н-ка- гионитного фильтра имеет кислотостойкое покры- тие; все трубопроводы и арматура, работающие в условиях кислой среды, также выполнены из кис- лотостойкого материала или имеют соответствую- щее защитное покрытие. Катионитный фильтр имеет верхний и нижний люки для установки и монтажа внутренних устройств, засыпки и выгрузки катионитного мате- риала, ремонта и ревизии фильтров в период эк- сплуатации. Для удаления воздуха из фильтра имеется воздушник. Фильтр загружается катиони- том, высота слоя которого составляет 2 м. Со стороны фронта к фильтру присоединены трубопроводы с задвижками для подачи исходной (сырой) и промывочной воды, отвода умягченной воды, подачи раствора реагентов и спуска промы- вочного раствора в дренаж во время реюнсрации. Катионитные фильтры оснащаются контрольно- измерительными приборами: двумя манометрами на входе и выходе воды для измерения давления и перепада напора и расходомером со счетчиком на трубопроводе подачи воды в фильтр. Вспомогательное оборудование Na-H-катионит- ных установок. Кроме фильтров, которые являются основным оборудованием катионитных водоумяг- чительных установок, в их состав входит еще и вспомогательное оборудование для обслуживания: устройства для приготовления и подачи регенера- ционных растворов, а также для приема и хра- нения реагентов, т. е. поваренной соли (NaCl) и серной кислоты (H2SO4). Для Na-катионитных химводоочисток неболь- шой производительности регенерационный рас тор 36
поваренной соли готовят в специальных аппара- тах, которые называются солерастворителями. В комплект химводоочистки, состоящий из несколь- ких фильтров, входит один со- лерастворитель, который сое- диняют трубопроводами (соле- проводами) со всеми катио- нитными фильтрами. Солсрастворитсль (рис. 5) представляет собой цилиндри- ческий резервуар диаметром Рис. 5. Устройство проточного соле- растворителя: I — загрузочный люк, 2 — водорасн редели тельное устройство; 3 — водоподводящая труба, 4 — фильтрующий слой, 5 —дренаж ное устройство; 6 — вылод солевого раствора от 480 до 1000 мм. В его корпусе со сферическими днищами размещены слои кварцевого песка (мра- морной крошки, антрацита) высотой 0,4—0,5 м и дренажное устройство в виде круглых стальных листов с отверстиями, служащее для равномерного распределения воды но всему сечению аппарата. Размер зерен в фильтрующем слое зависит от вы- соты слоя (считая от днища): Высота слоя, мм . . . 200 75 75 150 Размер зерен, мм . . . 20—10 10—5 5—2,5 2,5—1 Фильтрующий слой в солерастворителе служит для осветления раствора соли перед поступлением его в катионитные фильтры на регенерацию В верхней части солсрастворителя установлена труба с водораспределителем, по которой подается 37
сырая вода для растворения соли и отводится грязная вода во время промывки фильтрующего слоя обратным потоком воды. Сверху корпуса со- X лерастворителя име- ются загрузочное устройство для за- грузки поваренной соли и патрубок для отвода воздуха. Для обслуживания солс- растворителя уста- новлены задвижки ЙРис. 6. Схема мокрою хранения соли с подачей раствора насосами / — бак хранилище солн; 2 — мерные баки; 3 — центробежные перекачивающие насосы; 4—указательные стекла (вентили) на следующих трубопроводах: подающем сырую воду, отводящем солевой раствор в катио- нитные фильтры, подающем промывочную воду, от- водящем промывочную воду и на спускном. Существенным недостатком солерастворитслей является невозможность поддержания постоянной оптимальной (8—12%) концентрации раствора по- варенной соли для регенерации катионита (суль- фоугля). В начале регенерации, когда в солсрас- творителе находится высокий слой соли, в фильтр поступает солевой раствор высокой концентрации, который не обладает максимальной регенерирую- щей способностью. Через некоторое время, по мере вымывания основного количества соли, концентра- ция солевого раствора резко снижается. 38
На крупных Na-катионитных установках с большим расходом соли обычно применяются ме- ханизированные устройства для мокрого хранения соли, приготовления регенерационного раствора и его дозирования. Эти устройства выполняются по разным схемам На рис. 6 показана схема мокро- го хранения соли с подачей раствор центробеж- ными насосами. Из саморазт ружающегося авто- транспорта или из железнодорожных вагонов соль поступает в железобетонные резервуары в количе- стве, рассчитанном на двух-трехмесячную потреб- ность, и заливается водой. По мере надобности, образовавшийся в баках-хранилищах / насыщен- ный раствор соли (концентрацией около 25%) пе- рекачивается насосами в мерные баки, в которых он разбавляется водой до концентрации 8—12%. Мерные баки обычно находятся на высоте 7—8 м от уровня распределительного устройства в корпу- се фильтра, и при регенерации готовый раствор соли в требуемом (расчетном) количестве самоте- ком направляют непосредственно в катионитный фильтр. На мерных баках устанавливаются указа- тельные стекла 4 с градуированными шкалами, по которым отмеривают необходимое количество реге- нерационного солевого раствора. В схеме мокрого хранения соли с подачей ре- генерационного раствора водяными эжекторами (рис. 7) поваренная соль хранится и растворяется аналогично описанному выше способу. Отличается тем, что насыщенный раствор соли в мерные баки поступает самотеком, откуда он забирается водя- ными эжекторами, разбавляется в них до нужной концентрации и направляется в катионитный фильтр. В целях предотвращения коррозии стально- го оборудования и трубопроводов в устройствах 39
мокрого хранения соли применяют защитные по- крытия. При использовании в промышленных ко- тельных Н-катионитового метола умягчения воды необходимы устройства для приема, хранения, транспортировки кислоты, а также для дозирова- ния ее при регенерации катионитного материала в фильтрах. На рис. 8 показана схема кислотного В Мо-мтионит- Рис 7. Схема мокрого хранения соли с подачей раствора водяными эжек- торами. /--бак хранилище соли, 2— мерные баки; 3— водяные эжекторы хозяйства котельной. Прибывающая в железнодо- рожных цистернах / кислота сливается с помощью сифона в стационарные баки хранения 2, суммар- ная емкость которых должна быть не менее емко- сти железнодорожной цистерны. Зарядку сифона осуществляют вакуум-насосом, для защиты кото- рого от попадания кислоты установлен промежу- точный бачок 3. Перед подачей к месту исполь- зования крепкая кислота из стационарного бака с помощью вакуум-насоса подается в мерный бак 5 емкостью 75, 150 или 250 л. Из мерного бака не- обходимое количество кислоты либо забирается водяным эжектором, в котором она разбавляется до концентрации 1—1,5%, либо спускается в бач- ки для разбавления ее до концентрации регенера- ционного раствора и подается в регенерируемый фильтр. Количество кислоты, необходимое для ре- генерации катионита, определяют по градуирован- 40
пой шкале, расположенной у зрительного стекла мерного бака. Концентрация кислоты фиксируется специальным указателем (концентратомером). Рис. 8. Схема кислотною хозяйства Н-катионит- ных установок: / — железнодорожная цистерна, 2 — сифон 3 — проможу точный бачок. 4 — стационарная цистерна: 5 — мерный бак; 6 — ука нательное стекло; 7 — водяной эжектор. Цистерны с кислотой желательно располагать в отапливаемом помещении, так как серная кислота на морозе замерзает. Поверхности баков, трубо- проводов и арматуры, соприкасающиеся с разбав- ленной серной кислотой, покрывают противокорро- зионной защитной пленкой. Крепкая серная кислота не оказывает заметно- го разъедающего действия на стенки стального оборудования, поэтому на оборудовании и трудо- проводах кислотного хозяйства котельной, соприка- сающихся с крепкой кислотой, антикоррозионное покрытие отсутствует.
7. СХЕМЫ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЕЛЬНЫХ Основным методом подготовки питательной во- ды для паровых котлов промышленных котельных Исходное laipotlMo Умягчение* Colo ВIренот в настоящее время является докотловое умягчение. Метод подготов- ки воды и схема во- Рис 9 Схема одноступенчатой Na-катионитной установки. / — солерастворитель; 2 — Na катио Ш1ТИЫЙ фильтр; 3 — питательный бак доподготовки в каждом конкретном случае выбира- ется применительно к условиям промышленного объекта. Одновременно принимается во внимание производительность, параметры пара и типы кот- лов; требования к качеству пара; качество исход- ной воды; расход и стоимость реагентов; наличие и квалификация обслуживающего персонала и пр. Наиболее распространена схема водоподготовки в промышленных котельных с котлами низкого давления, работающая по методу простого Na-ка- тионирования (рис. 9). N'a-катиоиирование приме- няется для умягчения исходной воды с малой кар- бонатной жесткостью (щелочностью). Применение Na-катионирования ограничивается величиной про- дувки котлов (5—6%) по щелочности и величиной относительной щелочности исходной (сырой) воды. Чем выше карбонатная жесткость сырой воды, тем больше продувка по щелочности, и наоборот. 42
Бикарбонатиая жесткость сырой воды не огра- ничивает применение простого Na-катионировапия в промышленных котельных. Для более глубокого умягчения воды и увеличения продолжительности межрегенерационного периода применяется после- довательное двухступенчатое Na-кагионирование (рис. 10). Исходная вода пропускается сначала с Рис. 10. Принципиальная схема двухступенчатой Na- катиопигной установки: 1 —солерастворитель; 2 — Na-ка тионитный фильтр I и ступени, 3 — Na кагионитный фильтр 2 й ступени; 4 — питательный бак нормальной скоростью (15—20 м/ч) через фильтры 1-й ступени, где она подвергается умягчению до жесткости 0,05 0,2 мг-экв/кг. Затем умягченную воду пропускают через фильтры 2-й ступени с по вишенной скоростью (30—50 м/ч), в которой жест- кость предварительно умягченной воды снижается до 0,03—0,01 мг-экв/кг. Кроме того, наличие фильтров 2-й ступени создает своего рода барьер который препятствует проскоку солей жесткости при различных отклонениях в работе фильтров 1-й ступени (несвоевременное отключение фильтров на регенерацию, недостаточная отмывка после реге- нерации и т. д.). Поэтому часто фильтры 2-й сту- пени называют барьерными фильтрами. Вода, умягченная Н-катионировапием, обладает кислотностью, вследствие чего она непригодна для питания паровых котлов. Для устранения этого не- достатка и получения воды требуемой щелочности 43
применяют комбинированные H-Na-катионитные установки. Такие комбинированные установки по- зволяют получить из исходной воды с высокой Рис. 11. Принципиальная схема H-Na-катиопироваиия: а — параллельною, б— последовательною, 1—II катионитный фильтр, 2 — Na-катиоиитный фильтр 1й Ступени: 3 — декарбониза юр; 4—про межуточный бак; 5 — Na катионитный фильтр 2й ступени; 6--проме- жуточный насос. карбонатной жесткостью глубоко умягченную воду с невысокой щелочностью. Работа указанных уста- новок осуществляется по одной из следующих схем. Параллельное H-Na-катионированис (рис. 11, а) применяется в тех случаях, когда карбонатная жесткость исходной воды больше половины ее об- щей жесткости и когда требуется умягченная вода с остаточной щелочностью не выше 0,35 мг-экв/кг. При параллельном H-Na-катионировании ис- ходная вода двумя параллельными потоками на- правляется на Н-катиопитные и Na-катионитные фильтры, после чего щелочная и кислая катионн- рованная воды поступают в общий трубопровод, где они перемешива отся и где происходит их ча- стичная нейгрализация с образованием коррозион- но-активной свободной углекислоты. Для удаления свободной углекислоты умягченная H-Na-катиопи- 44
рованная вода пропускается через дскарбонизатор или через деаэратор (при отсутствии поверхност- ных теплообменников для подогрева умягченной воды). Последовательное H-Na-катионирование (рис. 11, б) применяется для обработки сильно- минерализованных вод с солесодержанием выше 1000 мг/кг и при карбонатной жесткости умягчае- мой воды не выше 50% от общей жесткости. Ще- лочность воды, умягченной в этих установках, составляет обычно 0,7—1 мг-экв/кг. При последовательном H-Na-катионировании часть исходной осветленной волы пропускают че- рез группу Н-катионитных фильтров, затем кислая Н-катионированная вода смешивается с остальным количеством исходной воды; при этом происходит нейтрализация минеральных кислот, содержащихся в Н-катиопированной воде, щелочностью исходной воды. Для удаления образовавшейся свободной угле- кислоты смешанную воду пропускают через де- карбонизатор и направляют в промежуточный бак, из которого она насосами подапся в группу Na-ка- тионитных фильтров. При фильтровании через Na- катионитные фильтры свободной от углекислоты смеси Н-катионированной и сырой вод происходит практически полное ее умягчение. Через Н-катио- нитные фильтры пропускают такое количество во- ды, чтобы общая щелочность смеси воды перед Na- катионитными фильтрами была 0,7—1,0 мг-экв/кг В отличие от параллельного H-Na-катионирова- ния, отключение Н-катионитных фильтров на реге- нерацию в этой схеме производится нс по проскоку солей жесткости (катионов Са2+ и Mg2+), а при превышении щелочности Н-катионировапной воды выше 0,7—1 мг-экв/кг. 45
Основным преимуществом последовательного I l-Na-катионироваиия является глубокое умяг- чение воды с высокой нскарбонатной жесткостью и большим содержанием натриевых солей, а также хорошее использование емкости поглощения ка- тионита в Н-катиопитпых фильтрах. Недостаток последовательного Н-К’а-катионирования — увсли- Рис 12 Принципиальная схема совместного H-Na- катиопироваиия: / — Н Na катионитный фильтр, 2 — декарбонизатор, 3 — промежу ючный бак: 4— промежуточный насос, 5 — Na катионитный фильтр 2й ступени ченный расход электроэнергии вследствие установ- ки дополнительных перекачивающих насосов. Совместное H-Na-катионнрование применяется югда, когда сумма анионов сильных кислот в ис- ходной воде нс превышает 3,5—5 мг-экв/кг и когда щелочность умягченной воды (1—1,8 мг-экв/кг) не потребует увеличения продувки котлов сверхуста- повленпых норм При совместном H-Na-катнонировании приме- няется одна группа фильтров, заполненных катио- нитом (рис. 12). Катионит регенерируется сначала определенным количеством кислоты, а затем, после ее отмывки, определенным количеством поварен- ной соли. В результате такой pci операции в верх- них слоях катионита обменными катионами будут катионы водорода, а в нижних - катионы натрия. При фильтровании исходной (сырой) воды через верхние слои катионита с обменным водородом 46
происходит разрушение карбонатной жесткости и образование серной и соляной кислот в количе- ствах, эквивалентных содержанию хлоридов и суль- фатов (некарбонатной жесткости). В нижних сло- ях катионита происходит поглощение водорода ка- тионитом — устранение кислотности. Здесь же про- исходит поглощение катионов кальция и магния, которые нс были задержаны в верхних слоях ка- тионита В результате вода становится мягкой и щелочность ее снижается до I —1,8 мг-экв/кг. Установки, работающие по схеме совместного Н- Na-катионирования, являются наиболее простыми. Преимущества совместного H-Na-катионирова- пия: максимальное использование емкости погло- щения катионита независимо от состава исходной воды; минимальный удельный расход кислоты на регенерацию; минимальная потребность в кислото- упорной арматуре; дренажная система может вы- полняться из обычной стали вследствие отсутствия сброса кислых вод в канализацию; отсутствие устройств для предварительной нейтрализации сбросных вод перед их спуском в канализацион- ную сеть. Основным недостатком совместного H-Na-ка- тионирования является резкое колебание остаточ- ной щелочности умягченной воды в межрегенера- ционный период. В. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ВОДОПОДГОТОВКИ Эксплуатация осветлительных механических фильтров. Поступающая в механические фильтры вола содержит определенное количество взвешен- ных веществ. При отсутствии предварительной об- работки (коагуляция, известкование и пр.) содер- жание взвешенных веществ в воде не нормируется 47
Предварительно по обработанная реагентами вода после прохождения через механические фильтры должна содержать взвешенных веществ не более 6 мг/кг. Работа освстлительных механических фильтров состоит из трех этапов: 1) полезная рабсиа фильт- ра по осветлению воды, 2) взрыхляющая про- мывка фильтра, 3) спуск первого фильтрата в дренаж. На первом этапе наблюдают за прозрачностью воды после пропуска се через фильтр, изменением его гидравлического сопротивления (величиной потери напора) и производительностью. Для этой цели на трубопроводах осветляемой и осветленной воды устанавливаются нробоотбориыс вентили и манометры, а на трубопроводах промывочной и осветленной воды — расходомеры. В фильтрах с фильтрующими материалами из мелких фракций (0,5—1 мм) воду пропускают со скоростью 5—7 м/ч. Для фильтрующих материалов с более крупными фракциями скорость воды через фильтр более высокая. Удельная грязеемкость фильтрующих материа- лов в однопоточных механических фильтрах со- ставляет для кварцевого песка 0,75 кг/м3, для дробленого антрацита — 1 кг/м3 (без предвари- тельной обработки воды перед фильтрованием) и соответственно 1,25 и 1,5 кг/м3 при предваритель- ной обработке воды в осветлителе. Для удобства обслуживания фильтров и экономичности их рабо- ты продолжительность фильтроцикла должна быть не менее 8 ч, а количество установленных фильт- ров не менее трех. Осветление воды в фильтрах производят до тех пор, пока в результате загрязнения сопротивление фильтрующего материала достигнет предельно до- 48
пустимой величины: для самотечных 30 кПа и для напорных 80—100 кПа при скорости фильтрования 5 м/ч. При достижении вышеуказанной величины по- тери напора, а также при снижении прозрачности осветленной воды фильтр переключается на взрых- ляющую промывку для восстановления его способ- ности осветлять воду. Промывку фильтра осуще- ствляют осветленной водой из промывочного бака, пропуская ее через фильтрующий слой снизу вверх. Поток промывочной воды, поднимаясь, раз- рыхляет и взвешивает весь фильтрующий слой, ко- торый при этом расширяется по высоте на 40— 50%, что дает возможность зернам фильтрующего материала свободно двигаться в потоке воды и при столкновении друг с другом счищать прилипшие к ним частицы грязи и слизи. Грязную промывоч- ную воду направляют в канализацию. Для промывки применяется светлая артезиан- ская или речная вода, а также можно использовать осветленную воду, собираемую в промывочных ба- ках, которые устанавливаются на 8—10 м выше фильтров. Промывка фильтров должна произво- диться с такой интенсивностью, которая обеспечи- вала вымывание всех осадков, не приводила к вы- носу в дренаж зерен фильтрующего материала, а поддерживающие слои с различной крупностью зе- рен не смещались и не перемещались. Скорость воды при взрыхляющей промывке ха- рактеризуется интенсивностью промывки, которая определяется количеством воды (литров в секун- ду), проходящей через 1 м2 поперечного сечения фильтра. Величина интенсивности промывки зави- сит от рода материала, размера его зерен и тем- пературы промывочной воды. При среднем диамет- ре зерен фильтрующего материала и расширении слоя на 50% интенсивность промывки для кварце- 4 8-120 49
вого песка 15—18 л/(с-м2); для дробленого антра- цита — 10—12 л/(с-м2). Контроль за интенсивностью промывки осу- ществляется по расходу промывочной воды, изме- ряемому расходомером. Продолжительность про- мывки составляет 6 мин. По оканчании взрыхляю- щей промывки первый мутный фильтрат спускают в канализацию со скоростью 5 м/ч в течение 5— 10 мип, после чего фильтр включается в нормаль- ную работу. Средняя продолжительность останов- ки фильтра на взрыхляющую промывку и пуск первого фильтра со всеми переключениями арма- туры составляет около 20 мин. Первые 30 мин пос- ле включения фильтра в работу воду через него пропускают со скоростью 2,5—3 м/ч, затем нагруз- ку доводят до нормальной (5 м/ч). Для снижения расхода воды на промывку фильтров и повышения эффективности (особенно для фильтров, загруженных крупнозернистым ма- 1ериалом) применяют дополнительное перемеши- вание. Для этого чаще всего используется сжатый воздух (0,04—0,05 МПа), подаваемый под слой фильтрующего материала. Пузырьки воздуха, про- рываясь через фильтрующий слой, производят ин- тенсивное его перемешивание. Скорость воздуха при выходе из отверстий 25—30 м/ч. Промывка фильтра с применением сжатого воз- духа осуществляется в следующем порядке: из фильтра спускается вода до уровня кромок промывных желобов; через распределительную воздушную систему под фильтрующий слой подается сжатый воздух с интенсивностью 15—25 л/(с м2); через 3—5 мин после начала продувки (подача воздуха не прекращается) в дренажную систему начинает подаваться вода с интенсивностью 5— 50
8 л/(с-м2), обеспечивающая 10—15%-ное расши- рение слоя; совместная промывка фильтрующего слоя длит- ся 2 - 5 мин; после этого подача воздуха прекращается, а промывка водой продолжается еще 1—2 мин с ин- тенсивностью 10—12 л/(с-м2), обеспечивающей -25%-нос расширение фильтрующего слоя, удаление отмытого шлама и гидравлическую сортировку фильтрующего материала. Для улучшения промывки фильтрующего слоя и снижения расхода воды, помимо продувки сжа- тым воздухом, применяются устройства для верх- ней промывки, представляющие собой систему дырчатых труб, уложенных па 50—75 мм выше поверхности фильтрующего слоя. При этом применяется следующий режим про- мывки. После отключения фильтра из него спу- скается вода до уровня желобов и включается устройство верхней промывки для разрушения плен- ки задержанной взвеси. В течение 2 мин верхнюю промывку ведут с интенсивностью 2—4 л/(с-м2); затем, не прекращая верхней промывки, постепен- но включают нижнюю с интенсивностью, которая обеспечила бы расширение слоя па 35—40%. Сов- местная промывка ведется 2—3 мин; после чего верхняя промывка прекращается, а нижняя про- должается еще 2—3 мин для удаления загрязне- ний из фильтра. После этого нижнюю промывку постепенно прекращают, достигая при этом хоро- шей гидравлической сортировки фильтрующего материала. Эксплуатация H-Na-катионитных фильтров. Экс- плуатация катиопитпых фильтров заключается в последовательном проведении следующих опера- ций: взрыхление катионитпого материала; регене- 4' 61
рация (пропуск раствора соли); отмывка в дренаж от солей жесткости; отмывка от хлоридов; умяг- чение волы. Основной задачей эксплуатации катионитных фильтров является правильное проведение выше- указанных технологических операций, которые обеспечивали бы необходимое качество умягченной воды и максимальное использование рабочей обменной емкости катионитного материала филь- тров. Взрыхление слоя катионита в Na-катионитных фильтрах производится перед подачей регенераци- онного раствора соли или кислоты. Для этого че- рез фильтры пропускают промывочную воду снизу вверх (рис. 13). Основной задачей взрыхления ка- тионита является устранение уплотнения слежав- шейся массы, благодаря чему обеспечивается бо- лее свободный доступ регенерационного раствора к зернам катионита. Кроме того, из фильтра во время взрыхляющей промывки удаляются накап- ливающиеся в слое катионита мелкие частицы, вносимые умягчаемой водой и раствором реаген- тов, а также образующиеся вследствие постепен- ного разрушения зерен катионита в период эксплу- атации фильтров. Взрыхление катионита производится обычно отмывочной водой, собранной в баке при предыду- щей регенерации фильтров. В мелких установках бак для сбора отмывочной воды не устанавливают, а взрыхление катионита производят исходной (сы- рой) водой из водопровода. Из баков, которые расположены выше фильт- ров, вода для взрыхления подается самотеком. Интенсивность взрыхления, обеспечивающая при- ведение во взвешенное состояние всей массы ка- тионитного материала, зависит от марки катиони- 52
та, крупности его зерен и давления воды, подавае- мой в фильтр для взрыхления. При взрыхлении сначала открывают задвижку 6 (7), затем медлен- но и постепенно — задвижку 3. При наличии ограничителя взрыхления обе задвижки от- крывают полностью. Рис. 13. Схема включения Na катио ннтного фильтра при взрыхлении. Вентили и задвижки предназна- чены: 1 — для исходной (сырой) воды; 2— для раствора реагентов; 3 — для спуска поды в дренаж при взрыхлении; 4 — на воздуш- ной линии, 5 — для отвода воды в дре- наж, 6 — для подачи промывочной воды из бака иа взрыхление катионита, 7— для подачи воды на взрыхление при отсутствии бака, 8 — для отвода умя1ченной воды Задвижку 3 открывают постепенно до тех пор, пока в воде, выходящей из фильтра, не появятся муть и мелкие, медленно оседающие, частицы ка- тионита. При появлении в воде небольшого коли- чества крупных, быстро оседающих зерен катиони- та, задвижку 3 закрывают на один оборот и взрых- ление ведут при таком положении задвижки, на- блюдая при этом за выносом из катионита грязи и мелких нерабочих частичек катионитного мате- риала. Линейная скорость восходящего потока во- ды при взрыхлении составляет 8—12 м/ч, что со- ответствует интенсивности взрыхления 2,8— 3 л/(с-м* 1 2 3). При взрыхлении граница расширивше- гося слоя катионитного материала должна быть па 20—25 см ниже водоотводящей системы филь- тра. 53
Продолжительность взрыхления обычно состав- ляет 15—20 мин и се контролируют по степени осветленности воды, вытекающей из фильтра. Если по истечении указанного времени вода вытекает мутной, то взрыхление следует продол- жить. Во время взрыхления нельзя допускать пол- ного опорожнения промывочного бака, так как в противном случае произойдет засос воздуха в фильтр, который приведет к нарушению правиль- ной гидродинамики фильтра и снижению обменной емкости катионита. 11о окончании взрыхления ка- тионита сначала закрывают задвижку 3, а затем задвижку 6(7) и приступают к регенерации взрых- ленного катионита. Количество воды, м3, необходимое для взрых- ления катионита, определяют по формуле QB = упл£)2//4 60, где QB — количество воды для взрыхления, м3; D — диаметр фильтра, м; — скорость прохода воды через фильтрующий слой, м/ч; t — продолжи- тельность взрыхления, мин. Соответствие регулировки взрыхления расчет- ным данным можно проверить, подставляя тариро- ванную емкость под дренажный патрубок и засе- кая время по секундомеру. В период эксплуатации катионита происходит постепенный его износ, при этом образуются мел- кие частицы. Во время взрыхления эти мелкие ча- стицы не всегда полностью удаляются из фильтра и скапливаются в основном на поверхности катио- нитного фильтрующего слоя, где они слеживаются. В уплотненном слое мелких частиц катионита по- являются трещины, через которые идет основной поток воды, а это приводит к нарушению равно- мерности фильтрования. Для поддержания нор- 54
мального режима работы фильтров их необходимо I раз в квартал вскрывать и удалять верхний слой мелких частиц. Для регенерации катионита при Na-катиониро- вании применяется раствор поваренной соли, зара- нее приготовленный в специальных баках при мок- ром храпении соли, или раствор, получаемый во время регенерации в солерастворителях напорного или открытого типов. Обычно при регенерации Na-катионитного фильтра через него пропускается 5—10%-ный раствор поваренной соли со скоростью 3—4 м/ч. Концентрацию раствора поваренной соли опреде- ляют ареометром или денсиметром. Расход соли на регенерацию определяется по формуле С = Еу/1000Кс, где С—количество соли, необходимое для одной регенерации, кг; Е — рабочая обменная способ- ность фильтра, г-экв; у — удельный расход соли, равный 200 г/(г-экв); Кс— содержание NaCl в используемой соли, в долях единицы; 1000—для пересчета граммов в килограммы. Применяемая для регенерации поваренная соль должна содержать солей кальция и магния не бо- лее 0,5%. При большем содержании полная реге- нерация катионита не достигается и его рабочая обменная емкость уменьшается. При регенерации регенерационный раствор подается в фильтр и про- ходит сверху вниз сквозь слой катионита. Продук- ты регенерации направляются в дренаж. На рис. 14 показана схема включения соле- растворителя и Na-катионитного фильтра при реге- нерации катионита. Во время регенерации фильтра необходимо следить, чтобы в нем все время был 65
подпор жидкости (не менее 0,02—0,03 МПа). Нельзя также допускать спуска всей водяной по- душки и оголения фильтрующего материала. Конт- роль за наличием в фильтре жидкости ведется с flaolm (сырая) бода Рис. 14. Схема включения со- лсрастворитсля и Na-катио- нитного фильтра при регене- рации. Вентили и задвижки предназначены: /. 9— для подачи исходной (сы- рой) воды; 2 — для спуска во- ды в дренаж при взрыхлении; 3, 10 — для раствора реагентов; 4 — иа воздушной линии; 5 — для отвода воды в дренаж; 6 — для подачи промывочной воды из бака на взрыхление катио- нита; 7—для подачи воды на взрыхление при отсутствии ба- ка; в —для отвода умягченной воды помощью вентиля-воздушника 4 (непрерывное ис- течение воды). Прекращение вытекания воды из вентиля 4 при полностью открытом вентиле 3 сви- детельствует о начале опорожнения фильтра. Для предотвращения опорожнения фильтра прикрыва- ют задвижку 5 до появления истечения воды из вентиля 4. Медленный пропуск раствора соли через слой катионита улучшает эффективность регенерации. В связи с этим, исходя из эксплуатационных воз- можностей, рекомендуется задерживать в фильтре регенерационный раствор на 20—30 мин или осу- ществлять регенерацию с промежуточной отмывкой катионита. Для этого в фильтр полают сначала около 50% количества соли, необходимого для ре- генерации. Когда из задвижки 5 начнет вытекать горько-соленая вода, задвижку закрывают и вы- держивают катионит в регенерационном растворе 56
20- 30 мин. Затем закрывают вентиль 3 на линии подачи раствора, открывают задвижки / и 5 и отмывают катионит в течение 20—30 мин при ско- рости отмывочной воды 8—10 м/ч. Далее пропус- кают через фильтр вторую половину поваренной соли, необходимой для регенерации, со скоростью 3—4 м/ч и затем осуществляют обычную отмывку катионита. Восстановление обменной способности истощен- ного Н-катионита производится регенерацией его серной кислотой с концентрацией раствора 1— 1,5%. Применение раствора серной кислоты с кон- центрацией выше 2% не допускается, так как со- здается опасность загипсовывания зерен катионита. Загипсовывание зерен катионита снижает рабочую емкость катионита, увеличивает расход соли, не- обходимой для вымывания образовавшегося гипса, ухудшает качество умягченной воды вследствие повышения концентрации Са2* при постепенном растворении гипса (СаЗОД. Для приготовления регенерационного раствора концентрированную кислоту добавляют в бак с во- дой и тщательно перемешивают раствор сжатым воздухом или деревянным веслом и измеряют кре- пость раствора. Количество 100%-ной кислоты, требуемое для одной регенерации, определяется по формуле G“w% = шРНЕуЦ • 1000, где 6*00% —количество 100%-ной кислоты, кг; d — диаметр фильтра, м; И — высота слоя катионита в фильтре, м; Е— обменная способность катиони- та при Н-катионировавии, г-экв/м3; ^--удельный расход 100%-ной серной кислоты на регенерацию, г/(г-вкв). 57
Удельный расход серной кислоты на регенера- цию Н-катионитпых фильтров (табл. 7) зависит от суммарного содержания Таблица 7 Удельный расход серной кислоты на регенерацию Н- катионитных фильтров содср- иягча- ионов Удельный расход 100% ной кислоты, г/(г-экв) в й Чем ’? Ь £ £ » § у s? S Л ft 3 i г: Ь и к ф и г h2so« на 0,35-1 60—63 40—46 1—2 65—85 45—60 2—3 85-100 60-70 3—5 100—125 70—90 5-7 125—140 90—100 7—8,5 140-160 100-110 8,5—10 160-200 110-140 хлоридных и сульфатных ионов в умягчаемой воде и в среднем составляет 60—200 г/(г-экв) для фильтров 1-й ступени; 70 г/(г-экв)—для филь- тров 2-й ступени. Пропуск приготовлен- ного регенерационного раствора осуществляется открыванием вентилей 4 или 5 (рис. 15) в зависи- мости от того, в каком баке приготовлен раствор. Затем открывают задвиж- ку 8. Регенерационный раствор пропускается че- рез фильтр со скоростью 9—10 м/ч, которая регу- лируется задвижкой 8. Скорость прохождения раствора кислоты из бака определяют по ее расхо- ду с помощью указательного стекла и градуиро- ванной измерительной рейки. Следует отмстить, что при малых скоростях пропускания 1—1,5%-но- го раствора серной кислоты также создается опас- ность отложения гипса на зернах катионита. Нель- зя допускать перерыва в прохождении раствора через катионит, так как в случае прекраще- ния пропуска раствора на зернах катионита может выделиться гипс. По окончании пропуска регене- рационного раствора немедленно следует начинать отмывку катионита в дренаж Отмывка обычно производится прозрачной исходной (сырой) водой. 58
При совместном H-Na-катиопировапии исто- щенный катионит регенерируется в следующем по- рядке: регенерация катионита кислотой после взрыхления; промежуточная отмывка; регенерация катионита раствором поваренной соли; отмывка в дренаж и в бак для взрыхления. Регенерация катионита кислотой осуществляет- ся в такой же последовательности, как и регенсра- Рис. 15. Схема включения Н- катиопитного фильтра при регенерации кислотой Вен- тили и задвижки предназна- чены: /, 2, 7 — для подачи поды из фильтра в баки регенерацион- ного раствора, «3 —для подачи исходной (сырой) воды; 4, 5 — для подачи генерационного раствора в фильтр, 6 — для спуска воды в дренаж при взрыхлении; 8 — для спуска во ды из фильтра, 5—для подачи воды из бака на взрыхление; 10 — для подачи исходной во- ды на взрыхление, // — для от- вода Н катнониоованной воды, 12 — на воздушной линии ция Н-катионитного фильтра. При регенерации следует пропускать через фильтр строго определен- ное количество кислоты, зависящее от объема за- груженного в фильтр катионита, жесткости исход- ной воды и требуемой щелочности умягченной во- ды. После пропуска через катионит требуемого количества раствора кислоты немедленно произво- дят промежуточную отмывку катионита с расходом 1 м3 воды на 1 м3 загруженного в фильтр катиони- та и со скоростью 8—10 м/ч. 59
При промежуточной отмывке из фильтра уда- ляются продукты регенерации катионита кислотой. После промежуточной отмывки катионита необхо- димым количеством воды приступают к регенера- ции катионита раствором поваренной соли. Регене- рацию поваренной солью осуществляют вышеопи- санным способом регенерации Na-катионитпых фильтров. По окончании регенерации катионита для при- ведения его в рабочее состояние проводят отмывку от регенерирующего вещества и продуктов регене- рации, находящихся в жидкости, которая заполня- ет пространство между зернами катионита. От- мывка обычно проводится осветленной или арте- зианской водой. Для экономии расхода воды и уменьшения рас- хода кислоты или соли на регенерацию отмывку фильтра производят в два этапа. Вначале отмы- вочная вода, богатая продуктами регенерации, спускается в дренаж, а затем часть ее, которая со- держит некоторое количество еще неиспользован- ной соли или кислоты, направляется в специаль- ный сборный бак, из которого отмывочная вода повторно используется для взрыхления слоя катио- нита в фильтрах при очередной регенерации. Пос- ле окончания пропуска раствора соли из солерас- творителя в фильтр, что обычно контролируется на вкус проб воды, отбираемой из пробоотборного вентиля (рис. 16), закрывают вентиль 3 на соле- проводе, открывают задвижку 2 для подачи в фильтр исходной (сырой) воды и открывают за- движку 10 так, чтобы скорость прохода воды через фильтр составляла 8—10 м/ч. Отмывка в дренаж проводится до тех пор, пока периодически отбирае- мые пробы отмывочной воды перестанут давать помутнение при прибавлении нескольких капель 60
10%-пого раствора соды Отмывка в дренаж длит- ся около 25- 30 мин. После окончания отмывки в дренаж закрывают задвижку 10 на сливном трубопроводе и открыва- ют задвижку 8 для подачи промывочной воды в бак. Отмывку катионита в бак продолжают в течение 25—30 мин со скоростью воды 8—10 м/ч. Для ускорения отмывки скорость воды увеличивают до 12—15 м/ч. Рис 16. Схема включения катионитного фильтра при отмывке. Вентили и задвиж- ки предназначены: / — для спуска воды в дренаж при взрыхлс нни; 2 — для подачи исходной (сырой) воды: 3 — для раствора реагентов, 4 — для отбора проб исходной (сырой) воды; 5 — на воздуш ной линии; 6 — для отбора проб умягченной воды; 7 — для подачи воды на взрыхление прн отсутствии бака; 8 — для подачи промы вочиой воды нз бака на взрыхление катиони та; 9 — для отвода умягченной воды, /О —для отвода воды в дренаж. Отмывка катионита в бак закапчивается, когда отмывочная вода становится прозрачной, а общая жесткость не превышает 50 мкг-экв/кг и концент- рация хлоридов превышает содержание их в умяг- чаемой воде пе более чем на 30—50 мг/кг. Если бак заполнится раньше, чем закончится отмывка, то отмывку продолжают через бак, удаляя избыток воды через переливную трубу в дренаж. По окон- чании отмывки закрывают задвижки 8 и 2, и фильтр готов для включения на умягчение воды. Если фильтр после регенерации ставится в ре- зерв, то его отмывку производят частично во избе- жание разрушения (пептизации) зерен катионита Окончательную отмывку производят непосред- ственно перед включением фильтра в работу. 61
В отличие от Na-катионитных фильтров, отмыв- ку Н-катионитпых проводят в три стадии: 1) в дре- наж; 2) в бак приготовления регенерационного раствора; 3) в бак для взрыхления. При отмывке фильтра в дренаж сначала откры- вают задвижку па трубопроводе подачи отмывоч- ной воды и немедленно закрывают задвижку на трубопроводе подачи регенерационного раствора. Задвижка на сливном трубопроводе остается от- крытой, и скорость отмывки устанавливается 9— 10 м/ч. Отмывка в дренаж продолжается обычно около 10 мин, а затем отмывочную воду направля- ют в бак для приготовления регенерационного рас- твора в течение 20 мин со скоростью 8—10 м/ч. После заполнения бака регенерационного раство- ра отмывочную воду направляют в бак для взрыхления в течение 15 мин с вышеуказанной ско- ростью воды. Если после регенерации Н-катиопитный фильтр ставится в резерв, то после заполнения отмывоч- ной водой бака для взрыхления отмывку следует прекратить и закончить ее перед включением фильтра в работу. При совместном H-Na-катионировании отмывку фильтров проводят дважды: первый раз после ки- слотной регенерации фильтр отмывают в течение 10—15 мин при скорости 8—10 м/ч с пропуском 1 м3 воды на 1 м3 катионита, а после регенерации солью фильтр отмывают в течение 40—50 мин со скоростью 5—8 м/ч с пропуском 3—4 м3 воды на 1 м3 катионитного материала. После окончания отмывки фильтр включается в работу для умягчения воды. Для этого сначала открывают полностью задвижку 2 (рис. 16), а за- движку 9 открывают так, чтобы обеспечить требуе- мое количество воды для питания паровых котлов. 62
Фильтр, находившийся в резерве, перед его включением отмывают в дренаж до тех нор (3— 5 мин), пока выходящая из него вода станет бес- цветной и прозрачной, а жесткость ее снизится до 50 мкг-экв/кг. Таблица 8 Примерный режим эксплуатации Na-катионитного фильтра Операция Первая ступень Вторая ступень Продол житель ность опе- рации. мин Скорость фильтро- вания. /ч Продол- житель- ность опе- рации, мин Скорость фильтро- вания, м/ч Взрыхление перед ре- генерацией Спуск водяной подуш- 10—15 8—10 10—15 7—10 ки 1 5—10 5—8 5—10 5-3 Подача раствора соли в фильтр 15—20 3—5 15—20 3—5 Отмывка от солей жест кости в дренаж 10—15 3—5 10—152 3—5 Отмывка ог хлоридов в бак для взрыхления 3 20—25 8—10 10—25 8—10 Окончательная отмыв- ка в дренаж 4 5—15 8—10 10—20 8—10 Умягчение, не менее 6—8 ч 5 3 сут 20 Умягчение, не более Толчкообразное взрых- 1—2 сут 25 15 сут 50 ление5 1—2 8—10 1—2 8—10 Отмывка в дренаж 5—10 8—10 10—20 8—10 1 Операция ис обязательна 8 До снижения жесткости до 10мг*экв/кг 8 До заполнения бака * Ведется по указателю солесодержания до величины общего солссодер жания равного 120% нормального При достижении указанного солссодер жания проверяется жесткость .оторая для фильтров 1-й ступени ^е цолж на превышать 0.1 мг-экв/кг. для фильтров 2й ступени -0.0 мг-экв/кг. д При преждевременном выходе фильтра иа регенерацию или при возра- стании сопротивления фильтрующего слоя Для фильтров 2-й ступени осу- ществляется катионированной водой 63
Таблица 9 Примерный режим эксплуатации Н-катионитного фильтра Операция 11рОДОЛЖИ- те-льность, мин Примечание Взрыхление 10—15 Перед каждой регенера- цией кислой водой и через 5—6 регенераций пресной водой Подача раствора кислоты 15—20 Концентрация раствора перед фильтром 1—1,5 % Отмывка: в канализацию 10 Расход воды на отмывку 1 м3 на 1 м3 катионита в бак регенера- ционного раст- вора 15 До заполнения необходимо- го объема бака окончательная в канализацию Нс норми- руется До жесткости 0,2—0,3 мг-экв/кг и кислотности 3.5-|-SO^— +С1— (мг-экв/кг) Умягчение, не ме- нее 8 ч Фильтр отключается при щелочности 0,2—0,3 мгХ Хэкв/кг или при жесткос- ти, равной 50% таковой в освеглеиной исходной воде, но не выше 2мг • экв/кг Примечание Скор-ю-ть фильтрации при умягчении 5—20 м/ч. при прочих операциях 8—10 м/ч 64
Таблица 10 Примерный режим эксплуатации Н - Na-катионитного фильтра 1-й ступени Операция 11родол- жите «ле- ность, мин Скорость фильтрации, м/ч Примечание Взрыхление 10—15 — Фильтр отключается при повышении щелочности выше 2 мг экв/кг или равной 50% таковой в освет- ленной воде, но не выше 2 мг-экв/кг Подача раство- ра: кислоты соли 15—20 8—12 8—10 3—5 Концентрация раство- ра перед фильтром 1-1.5% Концентрация раство- ра 4—6% Промежуточная отмывка 10 8—10 Расход воды на от- мывку 1 м3 на 1 м3 катионита Отмывка: в канализа- цию 25—30 — в бак для взрыхления 15—20 5—8 Начинается по сни- жению жесткости до 10 мг экв/кг До жесткости 0,05 мг-экв/кг, избыт ка хлоридов 30— 50 мг/кг и щелочности 1—2 мг- экв/кг окончатель- ная в кана- лизацию Нс нор мир у ст- оя 8—10 5 8 120 65
Продолжение табл, to Операция Продол житель- иость, мин Скорость фильтрации, м/ч Примечание Умягчение 8 ч Не менее 5 и не более 20 Фильтр отключается при повышении ще- лочности выше 2 мгХ Хэкв/кг или жесткос- ти, равной 50% от та- ковой в осветленной воде, но не выше 2 мгХэкв/кг С целью полного использования рабочей емко- сти катионита целесообразно поддерживать ско- рость фильтрования умягчаемой воды в пределах 15—20 м/ч. Допускается временное увеличение скорости воды до 25—40 м/ч в фильтрах 1-й сту- пени и до 50 м/ч в фильтрах 2-й ступени. В период работы фильтра во время умягчения следует от- крывать 3—4 раза в смену вентиль воздушника для выпуска скопившегося в фильтре воздуха. Катионитные фильтры отключаются на регене- рацию, когда жесткость умягченной воды превысит 35 мкг-экв/кг. Продолжительность рабочего цикла фильтра 6—8 ч. Включение Н-катиопитпых фильтров в работу на умягчение осуществляется так же, как и при Na-катионировании. Скорость фильтрования также аналогична. Н-катиопитные фильтры включаются на регенерацию при повышении остаточной жест- кости умягченной воды свыше 50 мкг-экв/кг. В табл. 8—10 приведены примерные режимы эк- сплуатации катиопитпых фильтров. Через 1—1,5 мес фильтр следует вскрывать, удалять мелочь и комкообразные уплотнения, на- ходящиеся в верхнем слое катионита, и пополнять 66
фильтр новым катионитным материалом. После первоначальной загрузки фильтра и после каждой его досыпки катионитом необходимо проводить взрыхление с последующим вскрытием фильтра и удалением мелочи с верхнего слоя катионита. 9. КОНТРОЛЬ ЗА РАБОТОЙ КАТИОНИТНЫХ ФИЛЬТРОВ Контроль при умягчении воды. В период экс- плуатации фильтров па стадии умягчения пробы воду отбирают из каждого рабочего фильтра через каждые 2 ч. К концу периода умягчения, когда жесткость умягченной воды начинает повышаться сверхнормалыюй (более 0,02 мг-экв/кг), пробы отбирают через каждые 30 мин. Пробы умягченной воды из Na-катионитных фильтров анализируют только на общую жест- кость, а из Н-катионитных — на общую жесткость и кислотность. Пробы умягченной воды Н-катио- питных фильтров, работающих по схеме после- довательного H-Na-катионирования, анализируют только на кислотность. В схемах совместного H-Na-катионирования пробы умягченной воды, от- бираемые из катионитпых фильтров, анализируют па общую жесткость и щелочность. Если продол- жительность межрегеперационного периода свыше 8 ч, можно производить более редкий отбор проб умягченной воды. При пуске в работу фильтра, стоявшего в ре- зерве в период его отмывки в дренаж, пробы воды отбирают через каждые 5 мин и производят ана- лиз на общую жесткость. Пробы исходной умяг- чаемой воды отбирают 1 раз в сутки и производят анализ па общую жесткость и щелочность. При постоянстве состава исходной воды допустим более редкий отбор проб. 5* 67
Контроль при взрыхлении фильтров. При взрых- лении катионита следует через каждые 2—3 мин отбирать в прозрачную склянку пробы воды, сли- вающейся в дренаж, и на глаз контролировать со- держание в них грязи, мути и мелких нерабочих зерен катионита, а также выпос рабочих зерен ка- тионита. Контроль при регенерации и отмывке фильтров. После окончания пропуска раствора соли в Na- катионитный филыр следует через 15—20 мин на- чинать отбор проб отмывочной воды с периодич- ностью 5—7 мин. Эти пробы проверяют 10%-ным раствором соды (К'агСОз). Если при проверке раствором соды появилась муть, состоящая из уг- лекислого кальция и магния (СаСОз и MgCO3), то отмывочную воду следует направить в бак для взрыхления. После этого через 20 мин с периодичностью 5 мин отбирают пробы отмывочной воды и произ- водят анализ на жесткость. При жесткости ниже 0,1 мг-экв/кг определяют содержание хлоридов. Из Н-катионитпых фильтров пробы отмывочной воды отбирают после окончания пропуска через фильтр необходимого количества раствора кислоты с периодичностью 5-—7 мин и проверяют 10%-ным раствором соды на появление мути. При появле- нии мути в отобранной пробе отмывочной волы последнюю направляют в бак для приготовления регенерационного раствора кислоты, и отбор проб прекращают. После заполнения необходимого объ- ема бака для приготовления регенерационного рас- твора кислоты отмывочною воду направляют в бак для взрыхления и начинают отбирать через каждые 5—7 мин пробы воды с проверкой ее па общую жесткость. Для Н-катпопитпого фильтра в схеме по- следовательного H-Na-катионировапия проведение 68
анализа па жесткость необязательно. При жестко- сти воды ниже 0,1 мг-экв/кг проводят анализ на содержание кислотности. При совместном H-Na-катиопировании отбор проб отмывочной воды из фильтра начинают через 15—20 мин после пропуска требуемого количества раствора кислоты. Пробы отбирают через каждые 5—7 мин, и анализ проводят только на кислот- пость (добавляется 2—3 капли метилоранжа). После окончания пропуска раствора соли и на- чала отмывки фильтра через 15—20 мин отбирае- мые пробы, помимо проверки на Кислотность, про- веряют еще 4%-пым раствором соды на появление мути. При появлении мути в отбираемой пробе отмывочную воду направляют в бак. За 10—15 мин до заполнения бака отмывочной водой проводят анализ отбираемой пробы на со- держание общей жесткости и при жесткости ниже 0,1 мг-экв/кг— на содержание хлоридов. 10. НЕИСПРАВНОСТИ В РАБОТЕ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ИХ УСТРАНЕНИЕ Понижение рабочей обменной емкости катиони- та. Рабочая обменная емкость катионита является величиной переменной, которая зависит от условий эксплуатации, состава исходной воды и от природы обменного катионита. На величину рабочей обменной емкости ка- тионита значительное влияние оказывает высота фильтрующего слоя. С увеличением ее возрастает время контактирования умягчаемой воды с катио- нитом и поэтому возрастает степень его использо- вания. На величину рабочей обменной емкости 69
также влияет скорость фильтрования. С увеличе- нием скорости фильтрования рабочая обменная емкость катионита снижается. Так, например, при изменении скорости фильтрования от 10 до 30 м/ч рабочая обменная емкость уменьшается примерно па 10%. На рабочую обменную емкость оказывает вли- яние размер зерен катионита. Поверхность сопри- косновения крупнозернистого катионита с водой меньше поверхности соприкосновения мелкозерни- стого. Поэтому в мелкозернистых катионитах рабо- чая обменная емкость поглощения выше. Нашей промышленностью выпускаются катионитные мате- риалы с размером зерен от 0,3 до 1,2 мм. В некоторых случаях рабочая обменная емкость катионита снижается вследствие неравномерного фильтрования воды по площади фильтра из-за об- разования в слое катионита местных уплотнений или неравномерного скопления загрязнений. В упло- тненных или загрязненных участках катионита скорость фильтрования воды ниже, вследствие чего его обменная способность недоиспользуется, что приводит к общему снижению ее для фильтра. Не- равномерная скорость фильтрования приводит к преждевременному проскоку жесткой воды в ме- стах с высокими скоростями воды; этот фактор вызывает также и неравномерность регенерации отдельных участков катионита. Все это приводит к снижению общей рабочей обменной емкости фильтра. Снижение рабочей обменной емкости мо- жет происходить вследствие отложения карбоната кальция на зернах катионита в установках с предва- рительным известкованием. Для восстановления ра- бочей обменной емкости фильтра следует удалить отложения, образовавшиеся па зернах катионита, путем промывки его раствором соляной кислоты. 70
При Н-катионировапии минерализованпость ис- ходной воды оказывает большое влияние на рабо- чую обменную емкость катионита из-за высокой активности реакций обмена катионов водорода. В результате реакций катионного обмена ионы водорода поглощаются катионитом. При последую- щей регенерации катионита поваренной солью во- дород вследствие более высокой активности пол- ностью не вытесняется, и он частично остается в катионите. Поэтому на соответствующую величину снижается содержание обменного катионита нат- рия (уменьшается рабочая емкость Na-катионита). В Na-катиопитных фильтрах иногда наблюдает- ся понижение рабочей обменной емкости катиони- та из-за применения для регенерации недоброка- чественной поваренной соли. Качество соли в этом случае проверяется химическим анализом. Добро- качественной соль можно считать, если жесткость ее 10%-пого раствора будет меньше 40 мг-экв/кг. Количество нерастворимых осадков меньше 2%. В случае необходимости солевой раствор умягчают содой. При отклонении от нормального процесса регенерации (недостаточная интенсивность взрых- ления, недостаточная продолжительность контакта с солевым раствором, не спускаются соли жесткос- ти в дренаж в начале отмывки в бак) в схеме фильтрации Na-катионирования фильтры работают с низкой рабочей обменной емкостью поглощения, несмотря на высокую обменную способность ка- тионита. Для повышения рабочей обменной емко- сти катионита в этом случае следует проверить соответствие выполнения отдельных этапов регене- рации типовой инструкции. Загрязнение катионитного материала. Катио- нитный материал, загруженный в фильтры, часто содержит мелкие фракции размером менее 0,25 мм, 71
которые обволакивают активные зерна катионита, образуют уплотненные комочки, неудаляемые при взрыхлении, и вызывают неравномерную цемента- цию верхнего слоя катионита. В период эксплуатации фильтра вода направ- ляется вдоль стенок и через трещины, образую- щиеся в уплотненном слое, в результате чего резко снижается рабочая обменная емкость поглощения катионита Снижение рабочей емкости наблюдает- ся при накоплении мелких пылевидных частичек катионита, образующихся в результате постепенно- го его износа вследствие механических причин (истирание или взрыхление) и воздействия высо- кой щелочности и температуры исходной воды. 11ри высокой температуре воды происходит частич- ное разрушение (пептизация) катиопитпого мате- риала; поэтому нельзя допускать попадания в фильтры горячей воды Для поддержания нормальной рабочей обмен- ной емкости катионита последний регулярно дол- жен освобождаться от мелких фракций. При подаче в катионитные фильтры воды, в которой содержатся взвешенные вещества мине- рального и органического происхождения, также происходит загрязнение катионитного материала; в результате чего происходит уплотнение верхнего его слоя с образованием комочков, что снижает рабочую обменную емкость. Поэтому вода, содер- жащая минеральные и органические взвешенные вещества, перед подачей в фильтры должна быть хорошо отфильтрована. В процессе эксплуатации Na-катионитных филь- тров на зернах катионита иногда появляются железистые отложения, образующиеся в результа- те коррозии металла. Эти железистые отложения можно удалить, если произвести промывку катио- 72
питного материала ингибированной 1—2%-ной сер- ной или 3--5%-пой соляной кислотой. Повреждение дренажной системы фильтра. При повреждении дренажной системы фильтра (срыв или коробление колпачков) в умягченной воде об- наруживаются зерна катионитного материала. Это явление приводит к нарушению фильтрования, по- степенному выносу катионита из фильтра и, как следствие, повышению жесткости умягченной во- ды. Для устранения выноса катионита следует произвести капитальный ремонт фильтра с выгруз- кой фильтрующего материала. Процесс выгрузки фильтрующего материала механизирован с применением гидравлической пе- регрузки. Для этой цели на водоподготовитель- ных установках устанавливают резервный фильтр, предназначенный для использования в качестве свободной емкости. После опорожнения дефектно- го фильтра проводят ремонт его дренажной си- стемы. Повышение жесткости воды после нормальной регенерации. При эксплуатации Na-катнонитпых фильтров замечено, что после нормальной регене- рации фильтра последний выдает воду с повышен- ной жесткостью в процессе всего фильтроцикла. Это явление наблюдается тогда, когда процесс катионитного обмена не идет до конца вследствие противоиопного эффекта из-за высокой концентра- ции солей натрия (при солесодержапии исходной воды более 1000 мг/кг). В этом случае следует вы- полнить противоточное катионирование с зажатым слоем. Жесткость умягченной воды повышается при загрязнении активной поверхности зерен катио- питного материала продуктами незавершенного процесса предварительной очистки (коагуляция, 73
известкование и т. д.). Для получения умягченной воды требуемого качества следует перевести водо- подготовку на работу по схеме двухступенчатого Na-катиопирования с регенерацией фильтров 2-й ступени повышенной удельной загрузкой соли. Если задвижки на трубопроводе пропускают подсоленную воду из бака для взрыхления к ка- тионитпому фильтру при давлении на выходе из фильтра менее 0,1 МПа, а также при неисправлен- ное™ задвижек па трубопроводе для взрыхления исходной водой Na-катионитный фильтр выдает воду с повышенной жесткостью. В нервом случае для устранения повышенной жесткости нужно перейти на регулирование производительности фильтра и поднять давление за ним до 0,15 МПа. В обоих случаях следует произвести ремонт задви- жек, а в некоторых случаях установить на указан- ных трубопроводах последовательно две задвижки с контрольным краном между ними. При недостаточной высоте слоя катиопитного материала в фильтре процесс фильтрования ве- дется высокими скоростями, в результате чего умягченная вода па выходе из фильтра имеет повы- шенную жесткость. Для снижения жесткости умяг- ченной воды следует увеличить высоту слоя катио- питного материала, а в случае необходимости увеличить высоту фильтра путем вварки цилиндри- ческой обечайки и произвести опытное снижение скорости фильтрования. Имеются случаи повыше- ния жесткости умягченной воды при слишком низ- ких температурах (меньше 10° С) исходной (сы- рой) воды. Н-катионитные фильтры иногда после регенера- ции в процессе всего цикла фильтрования выдают воду с повышенной жесткостью. Такое явление бывает, когда происходит загипсовывание актив- 74
ной поверхности зерен катионита в следующих случаях: при слишком высокой концентрации серной ки- слоты, используемой для регенерации (более 2%); при слишком низкой скорости прохода раство- ра кислоты через фильтр в период регенерации (менее 8 м/ч); при слишком высокой температуре умягчаемой воды. Для предотвращения загипсовывания поверхно- сти зерен катиопита необходимо: а) не допускать повышения концентрации раствора серной кислоты до 2%. Для поддержания концентрации раствора кислоты перед фильтром в пределах 1—2% ис- пользовать электрический указатель концентрации; б) вводить раствор кислоты в фильтр при его ре- генерации со скоростью 9—10 м/ч; в) принимать необходимые меры для снижения температуры умягчаемой воды до 25° С. Ревизия и ремонт оборудования водоподготови- тельных установок. Ревизию и ремонт основного и подсобного оборудования следует проводить в сроки, указанные в табл. 11. Ревизии и ремонту подвергаются катиопитные фильтры, солераствори- тель, бак для приготовления регенерационного раствора серной кислоты, бак для взрыхления, вы- теснитель крепкой кислоты, мерник крепкой кисло- ты, электродвигатели, насосы, арматура и регу- лирующие устройства, контрольно-измерительные приборы. Ревизия катионитного фильтра проводится для проверки состояния загрузки фильтра и его внутренней поверхности; капитальный ремонт, кро- ме того, для ремонта дренажной системы и водо- распределительного устройства. После отключения фильтра, выпуска из него воды и открытия люка приступают осмотру 75
Таблица 11 Периодичность ревизий и капитальных ремонтов водоподготовительного оборудования Оборудование Периодичность ревизии ^алиталН’ого ремонта Дозаторы реагентов Осветлительные фильтры: 1 раз в три месяца 1 раз в год при фильтровании не- обработанной воды при фильтровании во- лы, умягченной мето- дами осаждения 1 раз в год То же По мере надобности, но не реже 1 раза в 5 лет То же, но не реже одного раза в 3 года При коагуляции па фильтрах 1 раз в три месяца 1 раз в год Na-катионитные филь!ры 1 раз в год По мере надобности, но нс реже 1 раза в 3 года Н-катионитные фильтры 1 раз в три месяца По мере надобности, но нс реже 1 раза в 2 года Удалители углекислоты Баки Электродвигатели 1 раз в год То же » 1 раз в три года По мере надобности 1 раз в три года 11асосы Арматура и регулирую- 1 раз в гол 1 раз в 1°Д тие устройства Контрольно-измеритель- ные приборы Подогреватели 1 раз в год 1 раз в три месяца То же По мере надобности То же 1 раз в год Примечание При наличии резервной емкости {фильтр, бяк) и устройств для 1 мдравлической иерсгрутки фильтрующие маюриалы целесоооразно перезагружать I раз в юд. 76
состояния поверхностного слоя катионита, обращая внимание на горизонтальность поверхности, нали- чие трещин в уплотненном верхнем слое, присутст- вие илистой пленки на поверхности фильтрующего слоя. В случае обнаружения уплотненного верхнего слоя определяют его толщину и снимают верхний слой мелких фракций катионитного материала па глубину 3—5 см. Далее осматривают внутренние поверхности фильтра, состояние водораспредели- тельного и разбрызгивающего устройств для реге- нерационных растворов. При уменьшении высоты слоя катионита более 10% от расчетной произво- дят досыпку свежего катионита. После ревизии или капитального ремонта фильтр медленно (скорость воды до 2 м/ч) запол- няют водой (снизу вверх) др нижнего края люка, после чего его закрывают. Далее фильтр запол- няется водой до тех пор, пока не появится вода из вентиля-воздушника. После этого обычным спо- собом производят взрыхление, регенерацию и от- мывку фильтра. Готовый после отмывки фильтр ставят в резерв или включают в работу. При наличии на поверхностном слое и в толще катионита мелких нерабочих фракций или отложе- ний глинистого или илистого характера, которые вручную удалить невозможно, при открытом люке производят взрыхление катионита с одновремен- ным перемешиванием специальной лопатой. Взрых- ляющая вода отводится из открытого люка в дре- наж по специальному желобу. Взрыхляя через открытый люк, необходимо следить, чтобы не было выноса рабочих зерен катионита Взрыхление длит- ся 15—20 мин, после чего люк закрывается, фильтр заполняется водой и проводится обычное (в со- ответствии с производственной инструкцией) 77
взрыхление катионита с последующей регенераци- ей и отмывкой; по окончании отмывки фильтр включается в работу или ставится в резерв. В случае значительных нарушений в работе фильтра (резкое уменьшение рабочей обменной емкости катионита, вынос зерен катионита с умяг- ченной водой) его ставят на капитальный ремонт с выгрузкой катионита. При ревизии П-катионитных фильтров и фильт- ров, работающих по схеме совместного H-Na-ка- тионирования, особое внимание следует обращать на состояние внутренних противокоррозионных по- крытий. При обнаружении повреждений их необ- ходимо устранить. Во время ревизии солерастворителя проверяет- ся состояние фильтрующего материала и его внут- ренних поверхностей. Ревизия баков для приготов- ления регенерационного раствора кислоты и баков для взрыхления Н-катионитных фильтров осущест- вляется для контроля за состоянием противоки- слотного покрытия. При обнаружении повреждения покрытия последнее необходимо отремонтировать (в поврежденном месте покрытие нанести вновь). Ревизия мерного бака и вытеснителя кислоты проводится для проверки состояния их внутренних поверхностей. При обнаружении разъедания метал- ла внутреннюю поверхность покрывают защитным противокоррозионным слоем. 11. ВНУТРИКОТЛОВАЯ ОБРАБОТКА ВОДЫ Впутрикотловая обработка воды проводится для предотвращения образования плотных отло- жений на поверхностях нагрева паровых котлов, а также обеспечения необходимой чистоты произ- водимого ими пара. 78
Впутрикотловая обработка применяется при следующих условиях: давление пара в котлах не выше 1,4 МПа; жесткость исходной воды не выше 5— 7 мг-экв/кг для водотрубных и 20 мг-экг/кг для жаротрубных котлов; поверхность нагрева котла не выше 300 м2; экраны в топке отсутствуют; имеются паросепарационные устройства и от- сутствуют застойные участки, на которых возмож- ны местные отложения шлама; шлам удаляется из водяного объема котлов. Применяются три способа впутрикотловой об- работки: коррекционный, ввод в котловую воду ан- тинакининов, термохимический. При коррекционном способе в паровой котел добавляются вещества, ослабляющие или устра- няющие образование накипи. Этот способ получил наибольшее распространение. При питании котла сырой неумягченной водой в пего периодически, 2—3 раза в сутки, вводят ще- лочные осадительные реагенты: кальцинированную соду (ПагСОз), каустическую соду (NaOII) и не- значительное количество (от 5 до 10 г/м3) трина- трийфосфата — фосфорнопатриевую соль (Na3PO4) для увеличения подвижности шлама, предупреж- дающего накипеобразовапие. В котле при этом происходит почти полное осаждение всех солей не- карбонатной жесткости. Количество осадительных реагентов, вводимых в котел, должно возместить, помимо осаждения солей жесткости, потери щело- чи с продувочной водой и из-за уноса ее паром. В условиях, которые существуют внутри паро- вого котла, бикарбонаты кальция и магния, обу- словливающие карбонатную жесткость, должны 79
превратиться соответственно в карбонат кальция и гидроокись магния и в результате выпасть в оса- док: Са(НСО3)2 -|- 2NaOH — | СаСО3 -)- Na2CO3 -Т 2H20j Mg(HCO3)2 + 4NaOH = | Mg(OH)2 + 2Na2CO3 + + 2H2O. Обычно щелочь добавляется в виде карбоната натрия (сода), но в паровом котле часть реагента гидролизуется в едкий натрий, причем степень это- го гидролиза зависит от температуры. С другой стороны, если в котловую воду вводить непосред- ственно едкий натрий (NaOH), то он будет реаги- ровать с бикарбонатами, растворенными в пита- тельной воде, с образованием карбоната натрия. Таким образом, в котловой воде будут содержать- ся смесь карбоната натрия и едкого натрия неза- висимо от того, который из этих реагентов приме- нен для обработки Следовательно, в этом процессе реагенты расходуются только на осаждение солей некарбоиатноп жесткости. Для завершения всех реакций умягчения кот- ловая вода всегда должна содержать избыток ще- лочи. Удаление кальция достигается при избытке карбоната натрия в размере 6 мг-экв/кг, а удале- ние мат ния—при меньшем избытке едкого нат- рия. Так как выпадающие в осадок соединения кальция и магния почти нерастворимы, котловая вода при правильной обработке должна иметь жесткость менее 0,2 мг-экв/кг. Шлам, образующийся при щелочном режиме внутрикотловой обработки, удаляется из котла продувками. Периодические продувки не должны превышать 5% количества испаряемой котлом во- ды в течение 1 ч. 80
Расход щелочных реагентов при коррекционной обработке определяют по формуле G = Д(ЖН11 + <р(ЖНк + Щк к) + Щ„] К/е, где G — потребность реагентов, г/ч; D — произво- дительность котла, т/ч; — нскарбонатная жесткость питательной воды, мг-экв/кг; Щлк — об- щая щелочность котловой воды, мг-экв/кг; <р — степень продувки котла в дренаж в долях от еди- ницы; Щ„ — общая щелочность насыщенного пара, выдаваемого котлом, мг-экв/кг; К — переводной коэффициент применяемого химически чистого ще- лочного реагента: для NaOH = 40,01; Na2CO3 = = 53; NaHCOs = 84,2; е — степень чистоты техни- ческого продукта в долях от единицы. Общую щелочность пара принимают для котлов с большим водяным объемом 0,1—0,2 мг-экв/кг; для котлов с малым водяным объемом 0,3— 0,4 мг-экв/кг. Для коррекционной обработки, кроме техниче- ских реагентов, могут использоваться щелочные отходы предприятий, не содержащие веществ, вредных для котлов и генерации пара. Коррекци- онную обработку необходимо вести при таком ре- жиме, чтобы общая щелочность котловой воды по- стоянно была равна сумме гидратной и карбонат ной щелочностей При коррекционной обработке щелочные реа- генты можно вводить в котлы периодически или непрерывно. Период между двумя очередными вво- дами реагентов определяется по формуле ± _______И^/макс — Щмнн)____ “ О(Ж„к + <Р(ЩК „ 4- Ж„к) 4- Щ„| ’ где V — водяной объем котла, м3; Щмакс и /Дмин — соответственно допустимая максимальная и мини- мальная щелочности котловой воды, мг-экв/кг. 6 8 120 81
Если />10...12 ч, то реагенты можно вводить в котлы периодически; при меньшем времени — не- прерывно. Пробу котловой воды для определения общей щелочности следует отбирать через промежу1ки времени, определенные по вышеуказанной форму- ле, независимо от периодичности ввода реагентов. При коррекционной внугрикотловой обработке во- ды достаточен контроль режима только по общей щелочности котловой воды и по ее составляющим, так как наличие в общей щелочности гидратной и карбонатной составляющих указывает на отсут- ствие в растворе катионов кальция и магния. Для определения общей щелочности отбирают пробу остуженной и профильтрованной через бу- мажный фильтр котловой воды в количестве 100 мл и подвергают ее титрованию деципормальным (0,1 Н) раствором серной или соляной кислоты сначала с 1%-ным спиртовым раствором фенол- фталеина, затем с 0,1%-иым водным раствором метилоранжа. Если в питательной воде содержится большое количество солей нскарбонатной жесткости, то на коррекционную обработку расходуется значитель- ное количество реагентов. В таких случаях для снижения расхода химических реагентов применя- ют внутрикотловую обработку воды антинакипина- ми, состоящими из смеси химических реагентов и органических коллоидов. Внутрикотловая обработ- ка воды антинакипинами требует непрерывного ввода в котлы органических коллоидов или ще- лочных реагентов. При этом коллоиды и реаген- ты лучше вводить непосредственно в барабаны котлов. При антипакипинпом способе вводят меньшее количество реагентов, чем при коррекционном. 82
Поэтому реагентами осаждается в шлам лишь часть солей жесткое!и. Остальная часть солей от- лагается на частицах образовавшегося шлама и на стенках котла, распределяясь пропорционально между поверхностью котла, омываемой водой, и поверхностью частиц шлама. Следовательно, при недостатке реагентов не обеспечивается безнакип- ная работа котлов. Внутрикотловую обработку воды (перевод кот- лов на щелочной режим) можно начинать только после тщательной очистки котла, так как щелочи растворяют накипь и она теряет связь с металлом, куски ее отпадают и могут вызвать закупорку или засорение кипятильных труб и отверстий для арма- туры, а также вспенивание воды. При внутрикот- ловой обработке применяют следующие способы введения реагентов: 1) во всасывающую линию питательного насоса — периодически (порционная подача) или непрерывно; 2) непосредственно в ба- рабан парового котла, как правило, периодически, но возможна и непрерывная подача. Наиболее простой способ введения реагентов в питательный бак централизованный. В этом случае устанавливается бачок для реагентов, в котором растворяют суточное расчетное количество щелочи, и через регулирующий кран в питательный бак не- прерывно подается щелочной раствор. Основной недостаток этого способа — зашламлепие питатель- ного бака и всего питательного тракта. Наиболее целесообразно индивидуальное дозирование реаген- тов в барабан каждого парового котла. Для этой цели применяют напорные бачки-дозаторы или же небольшие плунжерные насосы. Насосы обеспечи- вают более точную пропорциональную подачу реагентов, чем другие устройства, и дают возмож- ность непрерывно или периодически вводить ре- 0* S3
агенты, а также регулировать подачу их в каждый котел. Напорные бачки-дозаторы (рис. 17) применяют при периодическом прямом введении реагентов в t котел. Емкость бачков-дозаторов । \ । 1 выбирают с учетом суточной по- требности котельной в реагентах. Бачки обычно изготовляются из цельнотянутых труб диаметром 150—250 мм и длиной 500— 600 мм. Для заливки раствора реагента к верхнему донышку Рис 17. Напорный бачок-дозатор: / — воронка дли залива раствора; 2—вентиль на воздушной линии; 3 — веигилъ на входной напорной линии; 4 — задвижка для «аливки раствора. 5 —вентиль на выходной линии, 6 — вентиль для отбора проб. 7 —дренажный вентиль бачка приваривают патрубок, к которому при- соединяют запорный вентиль 4 с воронкой 1. Ба- чок-дозатор и все его трубопроводы испытывают при тех же гидравлических давлениях, что и кот- лы. Вытеснение раствора из бачка в котлы осу- ществляют водой, подаваемой питательным насосом. Как указывалось выше, при внутрикотловой обработке воды в котле образуется большое ко- личество шлама, который следует своевременно удалять с целью предотвращения нарушений рабо- ты котла (особенно для паровых котлов с малым водяным объемом). Шлам из котлов удаляется следующими спо- собами: периодической продувкой котловой воды в дре- наж из мест с максимальным скоплением шлама 84
(пижние коллекторы, барабаны и пр.). Основной недостаток этого способа — большие безвозврат- ные потери тепла с продувочной водой, так как размер продувки достигает 5% и более от произво- дительности котла; непрерывной продувкой, при которой часть тепла продувочной воды используется в поверх- ностном теплообменнике перед сбросом ее в дре- наж. Для избежания загрязнения теплообменника па трубопроводе, отводящем продувочную воду из котла к теплообменнику, следует устанавливать шламоотделитель. Непрерывная продувка приме- няется для котлов, у которых питательная вода имеет сухой остаток более 1000 мг/кг. Если су- хой остаток питательной воды ниже 1000 мг/кг, целесообразно применять циркуляционное шламо- удаление с периодической продувкой в дренаж. Существует два способа циркуляционного шла- моудаления: 1) регенеративная продувка с направ- лением продувочной воды в питательный бак; 2) термосифонное шламоудаление с непрерывной циркуляцией воды по замкнутому контуру. На рис. 18 изображена схема внутрикотловой обработки воды с регенеративной продувкой, при- меняемая для более полного и равномерного уда- ления шлама из водяного объема котла и умень- шения количества продувочной воды. Как видно из схемы, продувочная вода, заби- раемая из места наибольшего скопления шлама, направляется в шламоотделитель 9, где оседает свыше 90% шлама. Из шламоотделителя осветлен- ная вода направляется в питательный бак 3, про- ходя через дроссельную шайбу 2 (или игольчатый вентиль), с помощью которых регулируется коли- чество отводимой продувочной воды. 85
Питательный бак разделен перегородками на отсеки для дополнительного отделения шлама. В бачок / заливают раствор щелочных реагентов, 1 - бачок для раствора реагентов. 2 — дроссельная шайба; 3 — питательный бак; 4 — переливная труба; 5 — дренажный вен- тиль; 6 — питательный насос; 7 — котел; 8 — грязевик котла. 9 — шлауоотделитель который подастся через вентиль в питательный бак 3. Смесь котловой воды, исходной (сырой) во- ды и раствора щелочи забирается из бака пита- тельным насосом 6 и подается в котел 7. Пита- тельная вода может быть подогрета до 80—90° С и при этом из нее выпадает значительная часть солей карбонатной и некарбонатной жесткости. Преимущества этого способа продувки — незначи- тельная потеря продувочной воды, тепла и эконо- мия щелочных реагентов. 86
Недостатки — необходимость периодической чистки и продувки питательного бака из-за его зашламления, а также некоторое усложнение схе- мы установки. На рис. 19 изображена схема термосифонного шламоудаления. Термосифонная установка состоит из контура труб, с помощью которых осуществля- ется постоянная циркуляция котловой воды через Рис. 19. Схема термоси- фонного шламоудаления при внутрикоеловой об- работке воды: / — подача воды от пита тельного насоса; 2 — раство- ритель соды; 3 — 1лавиый паровой вентиль, 4—паро вая рубашка, 5—шламоот- делн гель. 6 — существующая продувка. шламоотделитель. Применение таких установок це- лесообразно на котлах без нижних барабанов и грязевиков. Вода забирается в контур из места максимального скопления шлама, поднимается по трубе вверх, поступает в шламоотделитель и, осво- божденная от шлама, снова направляется в котел. Благодаря наличию циркуляции, шлам непрерыв- но выносится из котла в шламоотделитель. Цирку- ляция в контуре естественная. Она происходит вследствие разности удельных весов воды в подъ- емном и опускном участках контура. Термосифонное шламоудалснис следует приме- нять, если продувка котла по шламу превышает продувку по сухому остатку. При помощи термо- сифонного устройства шлам полностью не удаляет- ся (50—70%) и поэтому требуется дополнительная периодическая продувка в дренаж. Термосифонное шламоудалснис допускается устанавливать на кот- 87
лах с рабочим давлением до 1,2 МПа и поверх- ностью нагрева до 300 м2. Термосифонная установка работает под полным рабочим давлением котла и подлежит контролю инспекции Котлонадзора. Глава 3 КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛА ОБОРУДОВАНИЯ И УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ КОРРОЗИОННО-АКТИВНЫХ ГАЗОВ (ДЕАЭРАЦИЯ) 12. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛА ОБОРУДОВАНИЯ Коррозией называют поверхностное разрушение материалов под влиянием химических (химическая коррозия) или электрохимических (электрохими- ческая коррозия) процессов. Металлы, применяемые в теплоэнергетическом хозяйстве предприятий, обладают способностью вступать во взаимодействие с соприкасающейся средой (пар, вода, газы), которая содержит раз- личные коррозионно-агрессивные примеси (кисло- род, кислоты, щелочи и др.). В результате воз- действия агрессивной среды вследствие химиче- ских и электрохимических процессов происходит коррозионное разрушение металла, которое обычно начинается с поверхности и быстро продвигается вглубь. Коррозионные поражения принимают раз- личный вид и форму в зависимости от характера процесса. Особенно опасны точечные разъедания металла и появление в нем трещин, быстро приво- дящих металл в негодность. Химическая корро- зия металла в теплоэнергетике протекает при высоких температурах под действием перегре- того пара. Такой вид коррозии обычно называют 88
газовой или пароводяной. Взаимодействие железа с перегретым паром можно представить следую- щие» формулой. 3Fe + 4Н2О = Fe3O4 + 4Н2. Окисел железа (FC3O4), получившийся при этом, остается на поверхности металла, а водород улетучивается. Образовавшаяся пленка со временем утолщается и тормозит дальнейшее протекание коррозионного процесса. При отслаивании или растрескивании пленки пароводяная коррозия во- зобновляется с повышенной скоростью. Этому виду коррозии подвергаются в основном трубки паропе- регревателей, но могут подвергаться и кипятиль- ные трубы котлов и экранов, работающие со сла- бой циркуляцией. Особенно сильной коррозии подвергаются участки стенок котла, у которых происходит образование паровых мешков с мест- ным перегревом металла и глубоким упариванием котловой воды, в результате чего резко возрастает концентрация щелочи в воде, что приводит к воз- никновению щелочной коррозии. Образующиеся под воздействием щелочи кор- розионные повреждения имеют в основном мест- ный характер (повреждения имеют вид неправиль- ной формы) и располагаются на внутренней по- верхности стенки со стороны топочной камеры. Щелочная коррозия относится уже к типу электро- химической; она часто сопровождает химическую коррозию и усиливает ее. К электрохимической коррозии относятся процессы разрушения металла при воздействии на него коррозионно-активных га- зов в присутствии влаги. Наиболее распространена кислородная корро- зия, происходящая при соприкосновении металла с жидкостью, содержащей кислород, например, пита- 89
тельной водой. Растворенная в воде углекислота всегда является ускорителем коррозионных про- цессов, в особенности при повышенных температу- рах. Совместное действие обоих коррозионных агентов, т. е. кислорода и углекислоты, особенно интенсивно; в присутствии кислорода даже малые количества СО2 могут привести к значительному усилению коррозии металла энергетического обо- рудования. При совместном воздействии высоких механи- ческих напряжений, близких по величине к пределу текучести металла (200 МПа), и агрессивных химических веществ, растворенных в котловой воде, может возникнуть межкристаллитная хрупкость котельного металла (межкристаллитная коррозия). Межкристаллитная коррозия металла паровых кот- лов — это особый вид электрохимической коррозии. Она возникает в местах сопряжения элементов кот- ла (заклепочных швах, вальцовочных соединени- ях), если они подвергаются высоким механическим напряжениям и омываются агрессивной котловой водой. Агрессивность котловой воды по отношению к стали обусловливается содержанием в ней свобод- ной щелочи (едкий натрий и сода). При этом ос- новное значение имеет не абсолютное значение ще- лочности котловой воды, а се относительная ще- лочность, т. е. общая щелочность, пересчитанная на мг/кг NaOII и выраженная в процентах общего солесодсржания котловой воды. Непосредственно агрессивность котловой воды проверяют «индикаторами агрессивности», которые устанавливаются на работающих котлах. В инди- каторах воспроизводятся условия работы котель- ного металла в неплотном заклепочном или валь- цовочном соединении: концентрация щелочного 90
раствора котловой воды, соответствующая темпе- ратура среды и повышенные механические напря- жения. В случае выявления агрессивности котло- вой воды, для ее устранения — пассивации — па котлах с давлением до 7 МПа обычно применяю! присадку натриевой или калиевой селитры. Для предупреждения межкристаллитной корро- зии металла паровых котлов относительная щелоч- ность котловой воды у них должна поддерживать- ся не выше 20% В котлах со сварными барабана- ми допускается более высокая относительная щелочность котловой воды при условии принятия мер по предупреждению межкристаллитной корро- зии металла. В зависимости от вида коррозии различают об- щую и местную формы коррозионных разрушений металла. Общая (равномерная) коррозия охваты- вает всю или почти всю поверхность металла, на- ходящегося под действием агрессивной среды. Рав- номерная коррозия протекает примерно с одинако- вой скоростью по всей поверхности металла. Местная (неравномерная) коррозия протекает с неодинаковой скоростью по поверхности металла, в результате чего коррозионные разрушения кон- центрируются на определенных участках. При этом различают следующие типы местной коррозии: пят- нами, язвинами, точечную и сквозную. Язвины ма- лого диаметра (4—5 мм) присущи коррозионному воздействию на металл кислорода как во время простоя, так и во время работы котлов. С язвинами кислородной коррозии имеют большое внешнее сходство повреждения металла вследствие так на- зываемой ракушечной коррозии, развивающейся на стенках парообразующих труб в виде язвин большого диаметра и прикрытых плотным слоем окислов железа. 91
На поверхности энергетического оборудования, соприкасающегося с водой и паром, могут иметь место все указанные формы коррозионных разру- шений, причем на практике встречаются различные сочетания этих форм коррозии. Для прекращения или уменьшения степени кор- розионных процессов в промышленных котельных рекомендуются следующие мероприятия: правильный выбор источника водоснабжения для питания котлов и правильный выбор схемы хим водооч истки; полное удаление из питательной воды всех ве- ществ, вызывающих коррозионные процессы; дополнительная обработка питательной воды и создание условий, при которых происходит прекра- щение процессов коррозии. 13. КОРРОЗИЯ УЗЛОВ химводоочиегки С химически очищенной водой приносится 50% окислов железа за счет коррозии оборудования хим- водоочистки. Оборудование химводоочистки, рабо- тающее при относительно низких температурах, подвергается коррозии под воздействием раство- ренного кислорода, углекислоты и агрессивных растворов, применяемых в процессе регенерации фильтров. В Na-катионитных фильтрах коррозии подвер- жена внутренняя поверхность фильтра, особенно над катионитпым материалом. Коррозия образует- ся в виде отдельных глубоких язвин за счет рас- творенного кислорода, а в дренажной системе—под воздействием раствора соли. В Н-катионитных фильтрах равномерной коррозии подвержена вся поверхность и дренажная система. Коррозия про- исходит за счет кислой среды. 92
Поверхностные подогреватели химически очи- щенной воды, включаемые после аппаратуры, под- вержены интенсивной коррозии (за счет кислорода и углекислоты). В целях защиты оборудования химводоочистки от коррозии применяют следующие защитные меры. 1. Трубную часть подогревателей изготовляют из коррозионно-стойкого материала и устанавлива- ют до катионитных фильтров. 2. Трубопроводы, расположенные за оборудова- нием, после тщательной очистки от ржавчины по- крывают перхлорвиниловым лаком в несколько слоев. Трубопроводы, транспортирующие растворы кислоты и Н-катионированной воды, выполняют из винипластовых труб и покрывают перхлорвини- ловым лаком в несколько слоев. 3. На трубопроводах, транспортирующих кислые растворы, мелкую арматуру изготовляют из вини- пласта, а задвижки — из чугуна с резиновыми мембранами или из нержавеющей стали. 4. Все емкости и фильтры после тщательной очистки от ржавчины покрывают в несколько слоев перхлорвиниловым лаком или гуммируют. 14. КОРРОЗИЯ ТРАКТА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ И КОНДЕНСАТОПРОВОДОВ Большая часть коррозионных повреждений обо- рудования промышленных котельных приходится на долю тракта питательной воды, где металл работает в наиболее тяжелых условиях. Причиной этому является коррозионная агрессивность хими- чески очищенной воды, конденсата и их смеси. Тракт питательной воды промышленной котель- ной можно разделить на два основных участка: до термического деаэратора и после него. Условия 93
протекания коррозии на этих участках резко раз- личаются между собой. К элементам, расположенным до термического деаэратора, относятся баки, конденсатные насосы, трубопроводы химически очищенной воды, кон- денсатов роводы и другое оборудование. На этом участке питательного тракта коррозионные процес- сы протекают усиленно и непрерывно, так как отсутствует возможность истощения агрессивных агентов (кислорода и углекислоты), содержащих- ся в воде, вследствие непрерывного поступления и движения новых порций воды. Непрерывное удале- ние части продуктов реакции железа с водой и приток свежих порций агрессивных агентов созда- ют благоприятные условия для интенсивного про- текания коррозионных процессов. К элементам, расположенным после деаэратора до парового котла, относятся питательные насосы, трубопроводы и водяные экономайзеры Темпера- тура воды на этом участке в результате подогрева в термическом деаэраторе и водяном экономайзере приближается к температуре котловой воды. На этом участке питательного тракта коррозия обо- рудования возникает в основном из-за наличия в питательной воле растворенной свободной углекис- лоты, попадающей с химически очищенной водой. При недостаточно глубокой термической де- аэрации питательной воды на входных участках экономайзеров наблюдается появление язвенной коррозии вследствие выделения кислорода из-за повышения температуры питательной воды. Яз- венная коррозия появляется также в застойных участках питательного тракта. Конденсатопроводы и теплоиспользующее обо- рудование подвергаются коррозии под действием кислорода и углекислоты, содержащихся в кондсн- 94
сате. Появление коррозионно-активных газов объ- ясняется контактом конденсата с воздухом при открытых схемах сбора конденсата и подсосами через неплотности в оборудовании и арматуре Коррозия кондснсатопитатсльного тракта опас- на не только тем, что повреждаются поверхности оборудования, но и тем, что при этом питательная вода обогащается продуктами коррозии. С увели- чением их выноса в паровой котел усиливаются процессы подшламовой коррозии и железоокисного накипеобразования. Эти процессы со временем мо- гут привести к повреждениям, требующим аварий- ного останова котла. Основные мероприятия, проводимые для пред- отвращения коррозии оборудования тракта пита- тельной воды и кондснсатопроводов: применение труб теплообменных аппаратов из коррозионно-стойких металлов (красная медь, не- ржавеющая сталь); оснащение котельных термическими деаэратора- ми, выдающими при любых режимах работы деаэрированную воду с остаточным содержанием кислорода и углекислоты, соответствующим нормам Госгортехнадзора СССР; применение коррозионно-стойких металлов для изготовления соприкасающихся с водой элементов питательных насосов; применение противокоррозионной защиты пи- тательных и дренажных баков путем нанесения неметаллических покрытий, стойких при темпера турах до 80—100° С; постоянная обработка питательной воды щелоч- ными реагентами для поддержания оптимального pH питательной воды, при котором подавляется углекислотная коррозия и обеспечивается доста точная прочность защитной пленки; 95
герметизация баков питательной воды путем организации так называемой закрытой системы, чтобы предотвратить иопадание кислорода с пи- тательной водой в экономайзеры котлов; осуществление надежной консервации оборудо- вания тракта питательной воды во время его про- стоя в резерве. Наиболее эффективным методом борьбы с кор- розией элементов тракта питательной воды, вызы- ваемой повышенным содержанием свободной угле- кислоты, является связывание щелочно остаточного содержания СО2 в деаэрированной питательной во- де. С этой целью в химически очищенную или обес- соленную воду дозируется водный раствор аммиака (NH4OH) (метол амминирования). Дозировка аммиака проводится непрерывно во всасывающий патрубок насосов химически очищен- ной воды или в трубопровод, расположенный после фильтров (из расчета 0,8 мг NH3 на 1 мг СО2). Для обработки воды применяется слабый рас- твор аммиака, приготовляемый из технического с 25%-чь1м NH3, 1 г которого содержит 233 мг NH3. Дозировка раствора аммиака осуществляется плун- жерными насосами и дозирующими бачками. Количество аммиака, необходимого для обра- ботки воды, мг/ч, NH3 = CO20,8- I000Q/233, где СО2 — содержание свободной углекислоты в воде, мг/кг; Q — расход воды, т/ч. Благодаря летучим свойствам аммиака, незави- симо от места ввода его в систему, по истечении 1—2 ч он распространяется по всему пароводяно- му тракту. Вследствие этого углекислотная корро- 96
зия углеродистых сталей устраняется и скорость ее протекания существенно снижается. За последнее время в энергетике стали приме- няться новые защитные реагенты — пленкообра- зующие амины, например, октадецил а мин, который обладает высокими защитными свойствами от угле- кислотной и кислородной коррозий. Защитное действие октадециламина основано на адсорбции его молекул поверхностью металла, в результате чего на поверхности создается своеоб- разная пленка, препятствующая контакту между металлом и агрессивной средой. Задача обработки воды этим реагентом состоит в получении сплош- ной пленки на всех защищаемых поверхностях. Для создания защитной пленки по пароконденсатному тракту промышленных потребителей пара ввод ок- тадециламина осуществляют в пар. При температу- ре пара ниже 350° С заметного разложения окта- дециламина нс происходит. При дозировке октаде- циламина 1—3 г на 1 т пара скорость коррозии в конденсатных системах снижается на 92—98%. До- зирование октадециламина должно быть непрерыв- ным и пропорциональным расходу выдаваемого потребителю пара. 15. КОРРОЗИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ПАРОВЫХ КОТЛОВ Коррозия металла поверхностей нагрева паро- вых котлов вызывает их преждевременный износ, а иногда приводит к серьезным авариям или взры- вам. Коррозия поверхностей нагрева котла проис- ходит под воздействием ряда коррозионно-актив- ных элементов, находящихся в питательной воде, а также в результате электрохимических и хими- ческих процессов, протекающих на поверхности 7 8-120 97
металла и в котловой воде, что вызывает многочис- ленные формы коррозии. В практике эксплуатации паровых котлов наи- более часто наблюдается появление кислородной коррозии. Кислород является одним из главных коррозионных агентов. Начальная стадия кислород- ной коррозии поверхности нагрева котла возникает при его изготовлении и в процессе монтажа. Кислородная коррозия развивается в основном в периоды пуска и ври работе паровых котлов с малыми нагрузками, когда концентрация кислоро- да в питательной воде бывает повышенной. Кисло- родная коррозия обычно имеет вид язвин, неравно- мерно распространенных на поверхности металла. Кислородной коррозии преимущественно подверже- ны входные участки водяного экономайзера, бара- баны и опускные трубы котлов. Интенсивная кислородная коррозия поверхнос- тей нагрева котлоагрегата происходит также во время его останова — «стояночная коррозия», если не приняты специальные меры консервации, обяза- тельные при Остапове котла на срок более 10— 14 дней. Межкристаллитная коррозия котельного метал- ла внешне проявляется в виде трещин на его по- верхности. Межкристаллитная коррозия металла паровых котлов является особым видом электро- химической коррозии, возникающей в местах сопря- жения элементов котла (в заклепочных швах, валь- цовочных соединениях), подвергающихся высоким механическим напряжениям и омываемых агрессив- ной котловой водой. Для развития межкристаллитных разрушений котельного металла существенное значение имеет не абсолютная вели1 ина щелочности, а доля едкого натрия в общем солевом составе котловой воды. 98
Опытным путем установлено, что если эта доля, т. е. относительная концентрация едкого натрия (относительная щелочность) в котловой воде кот- лов низкого давления, составляет менее 15—20% от суммы минеральных растворимых веществ, то такая вода, как правило, не является агрессивной. Для предотвращения межкристаллитной коррозии необходимо ограничивать содержание в котловой воде свободного едкого натрия. Согласно правилам Госгортехнадзора СССР, относительная щелочность котловой воды не должна превышать 20%. Отно- сительную щелочность следует определять еже- сменно. Перенапряжение металла в барабане возникает при изготовлении и монтаже, а также неправиль- ной эксплуатации котла. Частые пуски и остановы котлов без соблюдения равномерного прогрева и охлаждения отдельных узлов агрегатов, зажатие труб в обмуровке и в обшивке также являются причиной появления трещин. Наличие перенапря- жения и деформации металла вызывает неплот- ность и пропаривание воды в котлах, вследствие чего в этих местах сильно возрастает концентрация едкого натрия, вызывающая электрохимический процесс коррозии между кристаллами металла. Межкристаллитная коррозия в начальной ста- дии развивается медленно, а затем, резко возра- стая, вызывает разрыв металла на больших участ- ках. При внешнем осмотре котла межкристаллит- ную коррозию в начальной стадии обнаружить трудно, трещины обычно выявляются только при выходе котла из строя. Начальную стадию меж- кристаллитной коррозии можно обнаружить при тщательном осмотре заклепочных соединений и вальцовки труб. Наличие солевых отложении 7* 99
(наросты) с наружной стороны заклепок, в швах ба- рабана, в местах вальцовки труб, а также скопле- ние шлама (валики) в местах вальцовки труб и в швах барабана с внутренней стороны указывают на наличие неплотностей, где возможно возникнове- ние межкристаллитной коррозии. Все заклепки с внутренней стороны должны быть простуканы молотком. При наличии межкри- сталлитной коррозии в заклепке головка, как пра- вило, отваливается или смещается. При наличии трещин на металле появляются волосяные борозд- ки черного цвета. Заварка трещин в заклепочных швах и барабане категорически запрещается. Чтобы избежать образования механических пе- ренапряжений металла и межкристаллитной корро- зии, необходимо соблюдать следующие условия: удалять заклепочные швы; при вальцовке труб пользоваться индикатором; при растопке котлов нижние барабаны прогревать паром от соседних котлов; не допускать зажатия в обмуровке и в об- шивке отдельных труб при монтаже и ремонте; не допускать быстрых растоиок и охлаждения котлов; питательное корыто в барабане следует распола- гать в паровом пространстве со стоком воды к цен- тру барабана; не допускать подпитки котлов боль- шой порцией холодной воды; периодически прове- рять агрессивность котловой воды. Ориентировочно это оценивается на основе результатов химических анализов по относительной щелочности котловой воды, которая определяется по следующей фор- муле: ЩОТ1| — 4ОЩКП1ОО/СК11, где ЩОтп—относительная щелочность котловой воды, %; ЩКп — щелочность котловой воды, мг-экв/кг; 40 — молекулярный вес NaOH; CltB — 100
сухой остаток (солесодержапис) котловой воды, мг/кг. Запрещается эксплуатация котла, у которого об- наружены признаки межкристаллитной коррозии — кольцевые трещины в вальцовочных соединени- ях, трещины в межтрубных простенках бараба- нов и коллекторов, отлетевшие головки заклепок н т. п.,— до тщательной проверки его состояния и проведения восстановительного ремонта. Одновременно с капитально-восстановительным ремонтом котла принимаются меры, предупреждаю- щие повторное возникновение дефектов, с привлече- нием для консультации специализированной нала- дочной организации. Возможность дальнейшей эк- сплуатации и объем восстановительного ремонта котла, пораженного межкристаллитной коррозией, определяют органы Госгортехнадзора СССР. Наличие в питательной воде солей азотистой кислоты (нитритов) вызывает интенсивный корро- зионный процесс кипятильных труб, имеющий по внешнему виду большое сходство с кислородной коррозией. Однако, в отличие от нес, нитритная коррозия поражает не входные участки опускных труб, а внутреннюю поверхность подъемных труб с образованием более глубоких язвин диаметром 15—20 мм. При нитритной коррозии необходимо сменить источник водоснабжения; если это сделать невозможно, то применяют сульфитирование кот- ловой воды с поддержанием в ней избытка сульфи- та в пределах 10—20 мг/кг. Ракушечная (подшламовая) коррозия возника- ет и активно развивается обычно на огневой сторо- не экранных труб и не только в теплонапряженных участках, но и в зонах с небольшими нагрузками. Повреждения труб возникают в местах скопления жслсзоокисного шлама, который вносится в котел 101
питательной водой пли образуется в нем во время простоев без соответствующей консервации. Такой вид коррозии получил название ракушеч- ной потому, что в местах повреждений образуются наросты, которые, будучи отделенными от метал- ла, похожи на ракушки. Над поверхностью метал- ла выступает верхняя часть ракушки, а нижняя располагается в корродирующем металле. Разме- ры отдельных ракушек и находящихся под ними язвин бывают различными. Встречаются как мел- кие ракушки, так и крупные (толщина до 20 мм и площадь до 25 см2). Ракушки прочно сцеплены с основным металлом. В их составе преобладают окислы железа, имеются также соединения меди. Наиболее эффективным средством борьбы с раку- шечной коррозией котлов является предотвраще- ние возникновения коррозии тракта питательной во- ды и выноса из него окислов железа и меди с пи- тательной водой. К электрохимической коррозии относится ще- лочная коррозия, которая получила свое наимено- вание вследствие образования концентрированных растворов едкого натрия в местах перегрева метал- та и глубокого упаривания котловой воды. Этот вид коррозии возникает, когда едкий натрий состав- ляет значительную долю в солевом составе котло- вой воды. В этом случае под слоем отложений кон- центрация едкого натрия может достигать больше 50%. Концентрированные растворы едкого натрия при высоких температурах вызывают растворение защитной пленки металла. Незащищенный металл под слоем отложений продолжает корродировать до тех пор, пока утонение стенки не приводит к об- разованию сквозного отверстия — свища. На протекание щелочной коррозии химический состав отложений на внутренних поверхностях труб 102
защитного влияния нс оказывает. Рыхлые отложе- ния в сочетании с большими тепловыми потоками создают условия для глубокого упаривания котло- вой воды и возникновения опасных концентраций NaOH. Щелочная коррозия развивается обычно на огневой стороне экранных труб барабанных котлов в местах скопления отложений. Уменьшение доли едкого натрия в общем соле- содержанпи котловой воды способно резко ослабить щелочную коррозию котельного металла. Устране- ние щелочной коррозии достигается также обеспе- чением чистоты поверхности нагрева и интенсивной циркуляцией на всех участках парового котла, ко- торая предотвращает глубокое упаривание котло- вой воды. 16. ПАССИВАЦИЯ КОТЛОВОЙ ВОДЫ Если установлена агрессивность котловой воды или в котельном металле обнаружены признаки межкристаллитной коррозии (кольцевые трещины, отскакивание головок заклепок, трещины в кром- ках заклепочных швов и пр.), необходимо в котло- вую воду вводить реагенты для подавления ее агрессивности (проводить пассивацию). Для котлов с давлением до 7 МПа в целях пас- сивации котловой воды в последнюю дозируют на- триевую (1Ч’аЬ10з)или калиевую (KNO3) селитру, концентрацию которой рекомендуется поддержи- вать в пределах 35—40% (^бГГ^^О.ЗЗ— 0,4) от общей щелочности котловой воды, пересчитан- ной на вес NaOIl по формуле ^расч = - • 40, где 40 — молекулярный вес NaOH. ЮЗ
Селитра обладает свойством при низком и сред- нем давлениях пассивировать котельный металл и защищать его от межкристаллитной коррозии. Суточный расход селитры г _ ,,, 40 0,4 100 п ис ‘Ч™ р . юоо -^сут, где G(. — суточный расход селитры, кг; 1ЦП п — ще- лочность питательной или катионированной воды, мг-экв/кг; Дсут — суточный расход питательной воды, т/сут; р — процент содержания селитры в техническом продукте. Рассчитанное количество се- литры растворяется в воде и непрерывно дозиру- ется в котел. Раствор селитры можно дозировать централизованно в питательный бак или вводить его в каждый котел отдельно при помощи шайбо- вых дозаторов или дозировочных плунжерных на- сосов. Пример. Рассчитать суточную потребность в натриевой селитре Производительность котельной 26 т/ч; рабочее дав- ление 1,3 МПа, средняя общая щелочность питательной воды Щв п = 1,6 мг-экв/кг; содержание NaNOg в технической се- литре /’=70%. Суточная производительность котельной JI = 26 • 24 = 624 т/сут. При щелочности продувочной воды 20 мг • экв/кг процент продувки котла но щелочам а= 1,6/(20— 1,6) = 0,086. Суточный расход питательной воды Дсут = Л(1 + а) = 678 т/сут. Для ликвидации агрессивности котловой воды натриевую селитру дозируют из расчета 40% ио отношению к общей ще- лочности, пересчитанной па массу NaOH, NdNO3/NaOI I = 0,4. 104
Gc - - Щ Суточная потребность в натриевой селитре 40 0,4 - 100 „. о , р. 1000 -ЛсУт-=24,8кг/сут. Суточный расход Суточный расход селитры можно определить также из расчета возмещения потерь селитры с продувочной водой Процент продувки котла 1,0-100 RR„. °--ЙГГцГ-8'6 По- суточный расход воды с продувкой ,, Да 624 • 8,6 _. , Л-^7оо ”Гоо— - 54 т/сут Унос едкого натрия с продувочной водой Д„рЗД„р 40 _ 54 - 20 - 40 °1ЧаОН= юоб - 1000 ’ Потребность в селитре для возмещения ее потерь с про- дувочной водой GNaNo3^ СкаО0Н7. °’4 ^24,8кг. Результат получен почти тот же. что и при расчете по ще- лочности питательной воды 17. МЕТОДЫ КОНСЕРВАЦИИ КОТЛОВ ВО ВРЕМЯ ПРОСТОЯ В период простоев оборудования в горячем и холодном резервах, а также при текущих и капи- тальных ремонтах внутренняя поверхность котло- агрегата подвергается так называемой «стояноч- ной коррозии». «Стояночная коррозия» вызывается проникнове- нием в барабаны котла воздуха, вследствие элек- трохимических и химических процессов, при нали- чии в котловой воде солей хлоридов, сульфитов, а 105
также отложений на поверхности нагрева. По свое- му размеру п интенсивности опа более опасна, чем коррозия, образующаяся в период работы оборудо- вания, так как коррозионный процесс при «стоя- ночной коррозии» развивается на всей поверхности котлоагрегата. Особенно сильной коррозии под- вергаются трубы пароперегревателя. Коррозионные повреждения в виде отдельных язвин располагаются в пароперегревателях преи- мущественно в нижних петлях, где скапливается конденсат пара. В барабанах коррозионные язвины встречаются вдоль нижней образующей обычно ближе к концам барабана, где больше шлама. Од- ной из причин «стояночной коррозии» является на- полнение труб во время простоя насыщенной кисло- родом водой; при этом котельный металл осо- бенно подвержен коррозии на границе вода — воздух. Если же паровой котел полностью опорожняет- ся для проведения ремонта, то па внутренней по- верхности его всегда остается пленка влаги, кото- рая сохраняется довольно долго, так как атмосфе- ра внутри котла насыщена парами влаги. В этом случае кислород воздуха, легко диффундируя че- рез эту пленку, вызывает активную электрохими- ческую коррозию металла. Равномерное разрушение металла при простоях, в отличие от коррозии в рабочих условиях, харак- теризуется образованием большого количества про- дуктов коррозии, содержащих гидроокись железа [Fe(OH)3], которая называется ржавчиной. Обра- зующаяся ржавчина во время работы парового кот- ла ведет к усилению коррозии металла в процессе его эксплуатации В итоге накопление ржавчины на поверхности металла приводит к подшламовой коррозии. 106
Чтобы предохранить котлы от «стояночной кор- розии», их подвергают консервации. Существует два способа консервации: мокрый и сухой. При кратковременных остановах (на срок до 10 дней) применяют простой п не требующий каких-либо реагентов способ консервации де- аэрированной водой. При выводе работающего парового котла в резерв его отключают от всех водо- и паропроводов, расхолаживают и продувают че- рез нижние точки для удаления шлама. Затем при давлении, которое немного ниже, чем давление в деаэраторе, подсоединяют котел к деаэратору, за- полняют его деаэрированной водой и ставят под давление, имеющееся в деаэраторе. При выводе парового котла в резерв после ремонта, когда из него частично или полностью удалена вода и дав- ление в нем снизилось до пуля, его перед консер- вацией заполняют деаэрированной водой до нор- мального уровня, растапливают и при давлении 0,3—0,4 МПа держат с открытыми воздушниками до полного удаления из воды кислорода. После это- го паровой котел ставят на консервацию по ука- занной выше схеме. При отсутствии деаэратора паровые котлы ста- вят на консервацию методом поддержания избыточ- ного давления с температурой воды выше 100° С (105—110° С). Избыток давления в барабане котла создается периодической подпиткой котла пита- тельной водой и прогревом паром через нижний ба- рабан или периодическим разогревом топки. В связи с тем, что в питательной воде могут быть небольшие остаточные концентрации кисло- рода, консервация паровых котлов питательной во- дой, существенно уменьшая «стояночную коррозию», не обеспечивает полного ее предотвращения. Болес надежна консервация паровых котлов с примене- 107
нием ингибиторов коррозии, которые способствуют образованию на поверхности металла защитных пленок, препятствующих дальнейшему протеканию коррозионных процессов. При низких температурах роль ингибитора кор- розии могут выполнять различные щелочные сое- динения. В заполняющую паровой котел питатель- ную воду с помощью плунжерного насоса дозиру- ется раствор щелочи из расчета 2—3 кг NaOH и 5—10 кг Na3PO4 на 1 м3 воды. После заполнения парового котла до рабочего уровня следует проки- пятить раствор в течение часа при открытых воз- душниках для перемешивания, после чего паровой котел заполняют раствором полностью, включая су- хопарник и пароперегреватель (при их наличии). Перед пуском котла в работу защитный раствор необходимо сбросить в дренаж, отмыть поверхности нагрева водой и лишь после этого заполнить котел питательной водой до растопочного уровня. В целях защиты элементов парового котла от «стояночной коррозии» во время продолжительного капитального ремонта достаточно смочить внутрен- нюю поверхность его стенок 10%-ным раствором нитрита натрия (NaNO2) с добавкой раствора ам- миака концентрацией 0,5% или карбоната аммо- ния. Образование пленки можно достигнуть двумя способами: 1) паровой котел заполняют раствором NaNO3, который выдерживают в нем 20—30 мин, а затем спускают в бак; 2) внутренние поверхности парового котла смачивают раствором NaNO2 (опрыскиванием или поливкой из шланга). После высыхания на поверхности металла остается тонкая пленка концентрированного раствора, пассивирую- щая металл, защитное действие которой 60—75 сут. Перед пуском парового котла в работу пленка ни- 108
трита с внутренней стороны его стенок должна быть смыта водой. При остановке котлов в длительный резерв их желательно подвергать консервации сухим спосо- бом После остановки и охлаждения парового кот- ла его надежно отключают от всех магистралей и трубопроводов заглушками, спускают воду и про- сушивают поверхности следующими способами: по- дачей в топку горячего воздуха (200—250° С) от работающих соседних котлов для испарения остат- ков влаги; продувкой внутренних поверхностей теп- лым сжатым воздухом; спуском еще горячей воды (80—90° С) и вентиляцией еще не остывших труб и барабана котла. Во всех случаях в процессе cj шки должны быть открыты все воздушники. По окончании сушки в барабаны устанавливают противни с влагопоглоти- телями: прокаленным хлористым кальцием, нега- шеной известью или селикагелсм, расход которых принимается из расчета 1 —3 кг на 1 м3 объема па- рового котла. После этого плотно закрывают все люки и запорную арматуру парового котла. При длительном останове парового котла возникает не- обходимость в замене влагопоглотителя свежим. Перед остановкой парового котла на консервацию сухим способом его необходимо очистить от отло- жений. 18. ТЕРМИЧЕСКАЯ ДЕАЭРАЦИЯ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ Для надежной работы котельных с паровыми и стальными водогрейными котлами необходимо уда- лить из воды растворенные коррозионно-активные газы — кислород и свободную углекислоту, кото- рые вызывают коррозию поверхностей нагрева п трубопроводов котельных и тепловых сетей. 109
Наиболее испытанным и проверенным сред- ством предотвращения коррозии металла теплоси- лового оборудования является удаление кислорода и углекислоты из питательной воды, которое осу- ществляется термической и химической дегазацией и декарбонизацией. Процесс дегазации воды путем нагревания ее до температуры кипения называется термической деаэрацией, а аппараты, предназна- ченные для этой цели,— термическими деаэрато- рами. Кипение воды в деаэраторе может быть достиг- нуто: за счет понижения давления ниже атмосферно- го для самовскипания, что осуществляют в ваку- умных деаэраторах; нагревом воды паром, поступающим в колонку деаэратора атмосферного типа; нагревом воды путем продувки через нее грею- щего пара в питательном баке (барабане) в деа- эраторах барабанного типа. Правила технической эксплуатации электро- станций для ТЭЦ предусматривают следующие нормы остаточного содержания кислорода в пита- тельной воде после деаэраторов в зависимости от давления: Давление, МПа ............ До 4 4—10 Содержание О2, мкг/кг, не более 30 20 Свободная углекислота в питательной воде пос- ле деаэраторов должна отсутствовать. Для котлов низкого давления до 3,9 МПа паропроизводитель- ностыо 2 т/ч и более с чугунными водяными эко- номайзерами и без них допустимо содержание кис- лорода не более 100 мкг/кг. Во время эксплуатации деаэратора недогрев во- ды до температуры кипения даже на 1° С приводит ПО
к остаточному содержанию кислорода в воде до 0,13 мг/кг в деаэраторах атмосферного типа и 0,05—0,09 мг/кг в вакуумных деаэраторах. Поэтому для обеспечения надежной деаэрации воды необ- ходимо подавать в колонку вакуумного деаэратора воду с температурой на 6—8° С выше температуры кипения, а в колонку атмосферного деаэратора греющий пар должен поступать с некоторым из- бытком. В настоящее время для деаэрации питательной воды на промышленных электростанциях и в ко- тельных, как правило, применяются струйные сме- шивающие термические деаэраторы. В зависимости от давления различают следующие деаэраторы: ва- куумные— ДСВ, работающие при давлении до 0,03 МПа; атмосферные — ДСА, работающие при давлении 0,12 МПа; повышенного давления — ДСП, работающие при давлении от 0,6 до 0,8 МПа. Конструкция деаэратора должна обеспечивать устойчивую деаэрацию питательной воды при рабо- те с нагрузкой 30—120% от номинальной при подо- греве воды на 10—40° С и остаточном содержании кислорода: в деаэраторах ДСВ — 50 мкг/кг, в де- аэраторах ДСА и ДСП — 30 мкг/кг для паровых котлов с давлением до 4 МПа и 20 мкг/кг для па- ровых котлов с давлением от 4 до 11 МПа. Кон- струкции термических деаэраторов должны обес- печить следующие требования: надежный нагрев воды до температуры кипе- ния, соответствующей давлению в деаэраторе; тонкое разбрызгивание воды с целью создания максимальной поверхности для выделения газов; достаточное время пребывания воды в деаэра- торе, необходимое для выделения газов; хорошее удаление из деаэратора выделившихся из воды газов; 111
точное регулирование подвода греющего пара для поддержания температуры кипения воды и вентиляции деаэратора; поддержание необходимой температуры и уров- ня воды в деаэраторном баке при переменном ре- жиме работы. Термические деаэраторы атмосферного типа. Атмосферный деаэратор смешивающего тина (рис. 20) состоит из двух основных частей: пита- тельного деаэраторного бака 1 и колонки деаэрато- ра 2, внутри которой установлены распределитель- ные тарелки 3. Принцип работы деаэратора следующий. Основ- ная часть питательной воды (конденсат от потре- бителей тепла) насосами подается в верхнюю часть колонки деаэратора на верхнюю распределитель- ною тарелку 3, на эту же тарелку по другому тру- бопровод} подается химически очищенная (умяг- ченная) вода. Вода равномерно переливается по всей окружности тарелки, стекает вниз на ряд по- следовательно расположенных один под другим противней 4 с отверстиями и разбивается на от- дельные мелкие струйки и капли. В нижнюю часть деаэрационной колонки подводится греющий пар для подогрева воды. Попадая под водяную завесу и расходясь во все стороны, пар поднимается вверх, навстречу разбрызгиваемой воде, и нагре- вает ее до температуры кипения. При давлении внутри деаэратора 0,115-- 0,12 МПа, что соответствует температуре 103— 104° С, кислород и углекислый газ выделяются из воды и вместе с остатком нсскопденсировавшегося пара уходят через вестовую трубу в атмосферу. Во избежание потери тепла удаляемый выпар (смесь пара и газов) обычно используют для подогрева химически очищенной воды в теплообменнике. 112
Подогретая и освобожденная от кислорода вода собирается в сборном баке-аккумуляторе. Деаэра- тор атмосферного типа оборудуется гидравличес- ским затвором, пре- дохраняющим его от разрыва при по- вышении давления или от смятия ат- мосферным давлени- ем в случае образо- вания разрежения. Деаэратор снаб- жаемся водоуказа- тельными стеклами с тремя кранами, устройствами для автоматического ре- гулирования пита- ния водой и паром, отборником проб с холодильником, ма- нометром для изме- рения давления в деаэрационной ко- лонке, термометром Рис. 20. Схема деаэратора ат- мосферного типа: 1 — питательный деаэраторный бак, 2 — колонка деаэратора; 3 — верх- няя распредели гельная тарелка: 4 — промежуточные противни на выходном трубопроводе питательной воды из бака-аккумулятора. Допускаемые колебания тем- пературы воды в баке-аккумуляторе ±1°С. Для обеспечения надежной работы питательных насосов деаэраторы атмосферного типа устанавли- ваются на высоте, которая обеспечивает необходи- мый напор во всасывающем патрубке насоса. В связи с тем, что деаэрационные колонки атмос- ферного типа имеют значительною высоту и плохо компонуются в здании котельной, ЦКТИ совмест- но с Черновицким машиностроительным заводом 8 8-120 113
разработал конструкцию деаэратора, в котором деаэрация воды происходит в дв^х ступенях: в пер- вой, состоящей из невысокой струйной колонки, и второй ступени — специального барботажного ус- тройства в баке-аккумуляторе. Схема двухступенчатого деаэратора конструк- ции ЦКТИ-ЧМЗ показана на рис. 21. В отличие от ранее применявшихся струйных деаэрационных ко- лонок атмосферного типа, имевших о рядов дырча- тых тарелок, колонки атмосферных деаэраторов с барботажем имеют только 2 ряда тарелок. Конденсат и химически очищенная вода, посту- пающие на деаэрацию, подаются на верхнюю та- релку 6, где смешиваются, а затем в струйном по- токе сливаются па второю дырчатую тарелку 5 и далее в бак-аккумулятор 4. На первой тарелке смонтировано устройство для лучшего перемешива- ния поступающих в деаэратор потоков конденсата и химически очищенной воды. Поток химически обработанной воды вводится между потоками кон- денсата, температура которого обычно на 40—45° С выше температуры этой воды. После выдержки в баке-аккумуляторе вода поступает в барботажное устройство 3. Греющий пар подводится по трубе в паровую коробку и через отверстия дырчатого лис- та 2 барботирует через слой воды, медленнодвижу- щийся над листом в сторону патрубка для отвода деаэрированной воды. Вода, выходящая из барбо- тажного устройства, поступает в подъемную шах- ту, образованную перегородками 1, где происходит ее вскипание. Вскипание воды объясняется неболь- шим перегревом воды относительно температуры насыщения, которой соответствует давление в па- ровом пространстве бака-аккумулятора. Величина перегрева воды определяется высотой столба жидкости над барботажным листом. Грею- 114
щий пар, проходящий через барботажное устрой- ство, и столб воды, попадая в паровое простран- ство, движутся над поверхностью воды в сторону деаэрационной колонки. Размещение колонки на противоположной стороне от барботажного устрой- ства обеспечивает четко выраженное противоточ- ное движение потоков во- ды и пара и хорошую вентиляцию парового объема бака от выделяю- щихся из воды газов. В двухступенчатом де- аэраторе пар подводит- ся в паровое простран- ство бака и на барботаж- ное устройство. Пар к барботажному устрой- ству подводится при дав- лении 0,15—0,17 МПа в количестве не менее 20— 30 кг на 1 т деаэрируе- мой воды. Выпар из деа- эратора производится че- рез трубку в верхней части колонки и направля- ется в атмосферу через охладитель выпара. Для обеспечения надежной работы деаэратора без постоянного обслуживающего персонала преду- сматривается автоматическое регулирование дав- ления греющего пара и уровня воды в баке-акку- муляторе при помощи электронно-гидравлических регуляторов системы «Кристалл», воздействующих па соответствующие клапаны. При проектировании паровых котельных малой и средней производительности иногда применяют установку бесколонковых барботажных деаэрато- пая taao Рис 21. Схема двухступен- чатого деаэратора конструк- ции ЦКТИ-ЧМЗ: / — затопленные переюродки; 2 — барботажный дырчатый лист; 3 — барботажное устрой- ство; 4 — бак-аккумулятор, 5 — ннжняя дырчатая тарелка; 6 — верхняя дырчатая тарелка. 8* 115
ров типа Уралэнергомсталлургпрома (рис. 22). Деаэраторы рассчитаны на производительность 10, 25, 50 и 75 т/ч и рабочее давление в баках 0,115— 0,125 МПа. Барботажный деаэратор состоит из ма- логабаритной деаэрационной колонки, установлен- ной на баке, и барботажного устройства, установ- ленного в баке-аккумуля- торе. Барботажное ус- тройство состоит из ос- новного а и вспомога- тельного б отсеков с раз- делительными перегород- ками 3, 4. Греющий пар подводится через барбо- теры 5 и 6, которые соз- дают циркуляцию воды Рис. 22. Барботажный де- аэратор конструкции Урал- эиергометаллургпрома: / — подвод умягченной воды, 2 — перегородка. •?, 4—раздели тельные перегородки; 5, 6 — пол вод барботажного пара. 7 — подача пара от расширгтспя непрерывной продувки, 8 — под вод конденсата; 9 — отверстия в стенке вспомо! ательпого от сека в каналах отсека, отме- ченную стрелками. Умягченная вода по- дается через коллектор 1. Разделительная перего- родка 3 короче перего- родки 2, что и создает многократную циркуля- цию воды в основном от- секе. В бак-аккумулятор вода из барботажного устройства поступает через отверстия 9 в стенке вспомогательного отсека. Приближенно расход пара на барботаж можно принимать в пределах 15—25 кг на 1 т деаэрируемой воды. Вакуумные деаэраторы. Вакуумные деаэраторы применяются для деаэрации подпиточной воды теп- ловых сетей и сетей горячего водоснабжения, а также питательной воды паровых котлов низкого давления. Обязательным условием нормальной ра- боты вакуумного деаэратора является его хоро- 116
шая воздушная плотность и герметичность всей си- стемы трубопроводов, находящихся под вакуумом. Вода после вакуумных деаэраторов имеет тем- пературу ниже 100° С (65—70° С). Получение деа- эрированной воды с такой температурой позволяет применять обычные питательные насосы, работаю- щие при температуре до 80° С, отказаться от уста- новки охладителей питательной воды, усложняю- щих тепловую схему котельной, а также позволяет осуществить более глубокое охлаждение уходящих газов котлов. Деаэрация воды в вакуумных деаэраторах мо- жет осуществляться: а) в режиме перегретой воды, когда температура воды, поступающей в деаэратор, выше температуры насыщения, соответствующей давлению в деаэраторе, и вода в деаэраторе вски- пает без дополнительного подвода тепла, т. е. по- дача греющего пара нс требуется (условно эти деаэраторы называют изотермическими); б) в ре- жиме недогретой воды, когда температура воды, поступающей в деаэратор, ниже температуры на- сыщения, соответствующей давлению в деаэраторе. Для догрева воды до температуры насыщения в деаэратор должен подаваться пар. Вакуумные де- аэраторы, работающие в режиме недогретой воды, называют термическими вакуумными деаэраторами. В промышленных котельных получили распро- странение в основном термические вакуумные деаэ- раторы (колонки). На рис. 23 приведен общий вид термической вакуумной колонки. Вакуумная колонка имеет две ступени дегазации: струйную и барботажную. Хи- мически очищенная вода по трубе 8 направляется на верхнюю тарелку 6, которая секционирована с таким расчетом, что при минимальных нагрузках работает только часть отверстий во внутреннем 117
секторе. При увеличении нагрузки вода перетекает через кольцевой порог 7, и в работу включаются дополнительные ряды отверстий. Секционирование верхней тарелки позволяет избежать гидравличе- ских перекосов по воде и пару при колебаниях на- грузки и во всех случаях обеспечить обработку струй па- ром. Рис. 23. Общий вид тер- мической вакуумной ко- лонки. 1 — отвод деаэрированной воды; 2 — барботажный лист; 3, 9 — водосливвои nopoi, 4—подвод умягченной ноды после охладителя выпара, 5 — отвод паровоздушной смесн, 6 — верхняя тарелка; 7 — кольцевой порог; 8 — подвод воды на деаэрацию; 10 — подвод конденсата, 11 — пароперенусчиые отверстия, 12 — паропереиускная труба; 13 — подвод пара нли пере- гретой воды; 14 — перепуск- ная тарелка; 15 — отверстие для перепуска воды Пройдя струйную часть, вода поступает на пе- репускную тарелку 14, предназначенную для сбора и перепуска воды через отверстие 15 па определен- ный участок, расположенный ниже барботажного листа 2. Отверстие 15 на перепускной тарелке при- мыкает к вертикальной сплошной перегородке, иду- щей вниз до основания корпуса колонки. Барбо- тажный лист 2 выполнен в виде кольца с радиаль- но расположенными щелями, ориентированными перпендикулярно потоку воды. В конце барботаж- ного листа имеется водосливной порог 3, который И8
проходит до нижнего основания колонки. Вода про- текает по барботажному листу, переливается через порог и поступает в сектор, образуемый порогом 3 и перегородкой, а затем самотеком отводится в тр^бу 1. Весь пар в колонку подводится под барбо- тажный лист по трубе 13. При увеличении нагрузки, а следовательно, и расхода пара паровая подушка увеличивается и избыточный пар перепускается в обвод барботаж- ного листа через пароперспускные отверстия // в тр>бе 12. Затем пар проходит через кольцевое от- верстие в перепускной тарелке и поступает в струйной отсек, где большая часть его конденси- руется. Паровоздушная смесь отсасывается по тру- бе 5. Подвод химически очищенной воды после ох- ладителя выпара осуществляется через трубопро- вод 4 на верхнюю тарелку 6. При необходимости подачи в деаэратор конденсата его вводят через штуцер 10 на перепускную тарелку 14. При давлении 0,03 МПа остаточное содержание кислорода в деаэрируемой воде составляет менее 30 мкг/кг. Свободная углекислота удаляется пол- ностью. В случае отсутствия пара под барботаж- ный лист может подаваться перегретая вода, при вскипании которой образуется паровая подушка и происходит процесс парового барботажа, как и при подводе пара. Вакуумные деаэраторы должны быть укомплек- тованы охладителями выпара, одноступенчатыми пароводяными или водоводяными эжекторами, си- стемой автоматического регулирования и контроля и соответствующими регулирующими клапанами. Схемы деаэрационных установок. Рассмотрим схемы включения двухступенчатого деаэратора ат- мосферного типа конструкции ЦКТИ-ЧМЗ и ваку- умных деаэраторов конструкции ЦКТИ. 119
Надежная работа стр)ино-барботажного деаэ- ратора конструкции ЦКТИ-ЧМЗ при низких тем- пературах подаваемой в деаэратор воды (^25СС) дает возможность подавать в деаэратор химически обработанною воду без предварительного по- догрева. Это позволя- ет отказаться от при- менявшихся ранее по- Рис. 24. Схема включения струйпо барботажных де- 5 аэра горов конструкции ЦКТИ-ЧМЗ в систему пи- тательной воды котлов: 1 — охладитель выпара, 2 — рс- 1уляюр уровня; 3—выпар, 4— деаэрационная колонка; 5 — гидрозатвор; 6 — автоматиче- ский переливной клапан, 7 — бак аккумулятор; 8 — пи отель- ные насосы; У —регулятор дав ления, 10 — подвод барботирую- щего пара; 11 — подвод воды от сгонных линий экономайзера догревателей химически очищенной воды, подвер- гавшихся интенсивной коррозии. Поскольку деа- эрированная вода предназначена только для пита- ния котлов, увеличение расхода пара на деаэра- тор, связанное с необходимостью большого догре- ва воды, не влечет за собой дополнительных по- терь конденсата. На рис. 24 изображена схема деаэрационной установки со струйно-барботажными деаэраторами конструкции ЦКТИ-ЧМЗ. Умягченная вода из химводоочистки но тр>бе поступает в струйную деаэрационную колонку 4. Часть потока умягченной воды направляется в по- 120
всрхностный охладитель выпара 1. Уровень воды в деаэраторе поддерживается регулятором уровня 2. Возврат конденсата поступает в струйною колонку по трубопроводу. Деаэрированная вода с темпе- ратурой 103—104° С по трубопроводу поступает на питательные насосы 8. Но трубе 10 пар подводится в барботажное ус- тройство. 11еобходимое количеств пара, поступаю- щее в барботажное устройств и зависящее от производительности деаэратора, обеспечивается ре- гулятором давления 9. Для поддержания избыточ- ного давления в паровом пространстве деаэратора и для обеспечения работы струйной колонки преду- смотрен подвод пара давлением 0,12—0,13 МПа. Парогазовая смесь может отводиться либо в ох- ладитель выпара, либо непосредственно в атмосфе- ру. В случае переполнения деаэратора срабатывает автоматический переливной клапан 6. Для обеспе- чения надежной работы питательных насосов и соз- дания достаточного подпора на их всасывающих патрубках деаэраторы необходимо устанавливать на высоте 6—7 м от насосов до уровня воды в деа- эраторе. Применение вакуумных деаэраторов наиболее эффективно в отопительных и промышленных ко- тельных, в которых значительные потери конден- сата и средняя температура потоков умягченной воды и конденсата не превышает 30—50° С. При этом расход пара на вакуумные деаэраторы значи- тельно меньше, чем при использовании атмосфер- ных деаэраторов. Кроме этого, применение ваку- умных деаэраторов, выдающих деаэрированную воду с температурой 70° С, позволяет обеспечить надежную работу питательных насосов, отказаться от дополнительных теплообменников и упростить тепловую схему котельной. 121
Схема включения вакуумного деаэратора кон- струкции ЦКТИ в систему питательной воды ког- лов показана на рис. 25. Химически очищенная во- да с температурой около 30е С подает- ся в верхнюю та- релку деаэратора и частично в охлади- тель выпара 3. В схеме включения вакуумных деаэра- торов особенно важ- на роль охладителя выпара, который не- Рис 25. Схема включе- ния вакуумною деаэра- тора конструкции ЦКТИ в систему питательной воды котлов: 1 — регулятор подачи лара; 2 — деаэратор; 3 — охлади- тель выпара. 4 — отгод деа- эрированной веды; 5 — регу- лятор уровня. 6 — бак акку- муляюр; 7 —pety.iHTop дав лекия в баке-аккумуляторе. обходим не только для использования тепла вы- пара, но также и для уменьшения объемов па- рогазовой смеси, отсасываемой из деаэратора, что снижает производительность отсасывающих устройств (эжекторов, вакуумных насосов). В свя- зи с этим для обеспечения необходимого расхода выпара при всех нагрузках деаэратора расход во- ды на охладитель выпара должен соответствовать номинальной производительности и поддерживать- ся постоянным. Возврат конденсата следует на- 122
правлять на перепускную тарелку вакуумного деаэ- ратора. Деаэрированная вода самотеком поступа- ет в бак-аккумулятор 6. Уровень воды в баке под- держивается регулятором уровня 5, воздействую- щим на регулирующий клапан и обеспечивающим требуемую производительность деаэратора. Пар по- дается в деаэратор под барботажный лист. Расход пара должен обеспечить подогрев воды до темпера- туры насыщения и требуемый расход выпара. Вы- пар направляется в охладитель, расположенный непосредственно над деаэратором, где пар конден- сируется и конденсат возвращается на верхнюю та- релку колонки, а неконденсирующисся газы отса- сываются эжектором или вакуумным насосом. Необходимый расход греющего пара на деаэра- тор обеспечивается регулирующим клапаном 1 в соответствующей системе автоматики. Для предотвращения заражения деаэрирован- ной воды кислородом над уровнем воды в баке- аккумуляторе поддерживается паровая подушка за счет подачи определенного количества пара. Не- значительное избыточное давление пара в подуш- ке поддерживается регулятором давления 7. Целесообразно применять вакуумные деаэрато- ры для обработки подпиточной воды тепловых се- тей производственно-отопительных котельных без потери конденсата. Для исключения потери кон- денсата при питании тепловых сетей деаэрирован- ной водой рекомендуется следующая схема (рис. 26) включения вакуумных деаэраторов в ко- тельных с паровыми котлами. Вода, поступающая из системы химического умягчения, подогревается в пароводяном подогре- вателе 8 до температуры не выше 60° С и направ- ляется в вакуумный деаэратор 7. Деаэрированная вода температурой 70° С поступает в бак-аккуму- 12.3
лятор 1. Часть деаэрированной воды насосом 9 направляется в пароводяной подогреватель 3, где перегревается относительно температуры насыще- ния, соответствую- щей давлению в ко- лонке, а затем по- ступает под барбо- тажный лист ваку- умного деаэрато- ра 7. Выделившийся при вскипании этого Рис. 26 Схема включе- ния вакуумных деаэрато- ров в систему подпиточ- ной воды тепловых се- тей производственно-ото- пительных котельных без потерь конденсата: / — бак аккумулятор; 2 — регулирующий клапан, 3 — пароводяной подогреватель; 4 — подвод перегретой воды; <5 — отвод деаэрированной воды; 6 — охладитель выпа- ра, 1 — вакуумный деаэра- тор, 8 — пароводяной подо- [реватель, 9 — центробежный насос. потока воды пар барботирует основной поток воды и догревает ее до температуры насыщения 70° С. Поддержание постоянного давления в деаэраторе осуществляется регулирующим клапаном 2, уста- новленным на трубопроводе подвода перегретой воды. Рассмотренные схемы обладают существенным недостатком: подогреватели, устанавливаемые для подогрева исходной воды, подвергаются интенсив- ной коррозии. 124
19. ХИМИЧЕСКОЕ ОБЕСКИСЛОРОЖИВАНИЕ ВОДЫ Химическое обескислороживание проводится для ликвидации «проскоков» кислорода в термически деаэрированной воде. В процессе химического обескислороживания растворенный в роде кисло- род связывают действием химических реагентов, из которых чаще всего применяют сульфит натрия Na2SO3 (сульфитирование питательной воды). Кро- ме указанного, сульфитирование используется для уменьшения нитритной коррозии и как самостоя- тельный способ обескислороживания питательной воды в промышленных паросиловых установках. Обработка воды сульфитом натрия основана на реакции окисления сульфита растворенным в воде кислородом гЫа^Оз + О2 = 2Na2SO4. При температуре воды 80—100° С реакция сое- динения сульфита натрия с кислородом заканчи- вается в течение 1—2 мин. Находящиеся в воде органические вещества замедляют эту реакцию. При температуре ниже 80е С время завершения ре- акции значительно возрастает, что снижает эффек- тивность защиты питательного тракта от коррозии. Поэтому наиболее целесообразно раствор сульфи- та натрия вводить в питательный бак или деаэра- тор. Раствор сульфита натрия должен иметь кон- центрацию 10—12%. Расход сульфита натрия, г/м3, для обескисло- роживания питательной воды можно вычислить до формуле G = (8С + К)/й, где С — остаточное содержание кислорода в воде после термического деаэратора, г/м3; К—необхо- 125
димый избыток дозировки сульфита натрия, при- нимаемый равным 3—4 г/м3 питательной воды; В — доля химически чистого сульфита натрия в техническом продукте. Для подпиточной воды химическое обескисло- роживание сульфитом нагрия применяют во избе- жание корродирования закрытых тепловых сетей. Аппараты для этой цели обычно устанавливают рядом с теплофикационными трубопроводами. Ввод раствора сульфита натрия в питательные маги- страли котлов и теплофикационные трубопрово- ды осуществляется с помощью шайбовых доза- торов. Сульфитирование применяется для котлов с давлением до 6 МПа. При сульфитировании сухой остаток питательной воды увеличивается примерно на 10—12 мг/кг на 1 мг/кг растворенного кисло- рода. Глава 4 УДАЛЕНИЕ ОТЛОЖЕНИЙ С ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 20. ОЧИСТКА ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОВ И ТЕПЛООБМЕННИКОВ Для очистки от накипи внутренних поверхнос- тей котлов и теплообменников применяют механи- ческие, химические и комбинированные химико-ме- ханические способы очистки. Наиболее простым способом является механический, при котором очистка производится с помощью скребков, сталь- ных щеток, ершей, зубил, а также механизирован- 126
ними приспособлениями — шарошками с гибким валом, приводимым во вращение от электрических или пневматических приводов. Механический спо- соб очистки является длительной и трудоемкой опе- рацией. Кроме того, он не обеспечивает хорошего удаления накипи из малодоступных мест. Механи- ческий способ очистки накипи требует тщательного и внимательного проведения работ, так как при небрежной или неквалифицированной очистке мож- но легко повредить инструментами поверхности на- грева котлов. В настоящее время механические спо- собы применяют иногда при эксплуатационной очистке котлов малой и средней паропроизводи- тельности, а также теплообменных аппаратов. Наиболее быстрым и эффективным способом очистки внутренних поверхностей оборудования яв ляется химический. Сущность его заключается в том, что котел заполняют щелочным или кислот- ным раствором, под действием которого достигает- ся частичное или полное растворение накипи, ржавчины и окалины. Котлы, находящиеся в эк- сплуатации, должны подвергаться химической очистке при достижении удельных отложений на- кипи 15—25 г на 1 м2 внутренней поверхности на- грева экранных труб. Очистка щелочами поверхностей нагрева паро- вых котлов низкого и среднего давлений осущест- вляется при предпусковой очистке (щелочение) для удаления рыхлых отложений ржавчины, песка и масляных загрязнений и при эксплуатационной очистке (выварка) для удаления нерастворимых в кислоте сульфатных и силикатных накипей. Для предпускового щелочения применяют едкий натрий (NaOH) и тринатрийфосфат (Na3PO4X X 12 Н2О). Удельный расход реагентов при щелоче- нии котла, кг/м3, приведен в табл. 12. Длитсль- 127
Таблица 12 Удельный расход реагентов при щелочении, кг/м3 Реагент Паровые котлы новые бывшие в ра боте с небольшим загрязнением с большим загрязнением подлежащие фосфатной выварке Едкий натрий Тринатрийфосфат 2-3 3—4 3-4 2—3 5—С> 5—7 ность технологических операций приведена в табл. 13. Щелочность котловой воды во время ще- лочения не должна снижаться менее 50 мг-экв/кг. Для водотрубных котлов типа ДКВР и других, бывших в эксплуатации, рекомендуется применять фосфатную выварку. Этот способ пригоден для уда- ления накипи любого состава и заключается в сле- дующем. Котел заполняют до высшего уровня во- дой, а затем на каждый 1 м3 воды подают 5— 6 кг тринатрийфосфата. Растапливают котел и ки- пятят находящийся в нем раствор в течение 10— 12 ч при давлении 0,3—0,4 МПа. В конце кипяче- ния проводят продувку котла до низшего уровня, снижают давление до атмосферного и еще добав- ляют тринатрийфосфат из расчета 1,5 кг на 1 м3 воды. После этого кипячение продолжается при давлении 0,8 МПа в течение 24 ч и опять прово- дится продувка котла. Далее давление поднимает- ся до 75—100% рабочего и кипячение продолжает- ся еще 24 ч, после чего проводится смена котловой воды многократными продувками. После фосфат- ной выварки котел опорожняют и как можно быст- рее проводят механическую чистку и промывку. 128
Таблица 13 Длительность технологических операций при щелочении парового котла, ч Операция Паровые котлы новые быв- шие в рабо- те с небольшие загрязнением 1 I с большим загрязнением подлежащие фосфатной выварке Ввод реагентов в конце процесса сутки обмуровки 3 3 4 Повышение давления до 0,3—0,4 МПа 3 3 4 Щелочение при давлении 0,3—0,4 МПа1 12 14 14 Снижение давления до атмосферного, про- дувка и подпитка котла 2 2 3 Подъем давления до 0,8—1,5 МПа1 8 12 24 Снижение давления до 0,3—0,4 МПа, про- дувка и подпитка котла 3 3 4 Подъем давления до 75—100% рабочего (но не выше 2,5 МПа) и щелочение1 8 12 24 Смена котловой воды многократными про- дувками через нижние точки парового котла и устройства непрерывной про- дувки с последующими подпитками н до- ведением качества котловой воды до экс- плуатационной нормы 8 8 10 1 И нагрузке котла 5—10% номинальной. Фосфатная выварка накипь не удаляет, но она способствует ее размягчению и удалению из котла при промывке. При химическом способе очистки внутренних поверхностей нагрева от накипи применяют 5%-ный 9 8-120 129
раствор соляной кислоты. Однако этот способ тре- бует строгого соблюдения технологии и высокой квалификации специалистов-химиков, так как кис- лота разрушающе действует на стенки котла. Этот способ рекомендуется применять ограниченно, не более 2—3 раз за весь срок эксплуатации котла, а в старых котлах, которые имеют изношенные и изъязвленные стенки, кислотный способ применять не рекомендуется. Очистку котлов от накипи с помощью соляной кислоты проводят при температуре котловой воды 50—60° С с циркуляцией раствора со скоростью в элементах контура не менее 1 м/с для устранения выпадения взвешенных частиц. Длительность об- работки при указанном подогреве 6—8 ч, без по- догрева— 12—14 ч. Очистка котлов обычно произ- водится циркуляцией раствора по схеме: бак — на- сос — котел — бак. При незначительном слое от- ложений (до 1 мм) котел можно очищать и без циркуляции раствора, однако в этом случае про- должительность промывки увеличивается до 12 ч при подогреве раствора до 60° С. Из бака раствор соляной кислоты подается при помощи специального насоса в котел через продув- ной патрубок, а из котла сливается через патрубок отбора пара или горячей воды обратно в бак. Для защиты металлов от действия соляной кислоты к промывочному раствору добавляют специальные вещества, называемые ингибиторами (замедлите- лями коррозии), или пассиваторами. Эти вещества сильно замедляют (в 100—200 раз) растворение металла в кислоте, но не снижают эффекта ее воз- действия на накипь. Применение ингибиторов осо- бенно необходимо при наличии в котле накипи раз- личной толщины. 130
В качестве замедлителей коррозии применяют различные вещества. Для соляной кислоты приме- няют ингибиторы: ПБ-5, уротропин, катании, БА-6, 11-1-А, столярный клей, фурфурол, уникод, форма- лин и др. Концентрация некоторых ингибиторов в промывочном растворе приведена в табл. 14. Таблица /4 Концентрация ингибиторов в промывочном растворе, кг/м3 Ингибитор 1емпература раствора /С 20—30 40—50 60—70 Уникод, уротропин, формалин 0,5 1 1 Столярный клей, фурфурол 1,0 2 4 Наилучший эффект дают смеси ингибиторов ПБ-5 (0,5%) с уротропином (0,5%), каталина (0,3%) с уротропином (0,5%), И-1-А (0,3%) с уро- тропином (0,6%), БА-6 (0,5%) с уротропином (0,5%). Скорость коррозии котлов при использо- вании этих смесей снижается до 2—5 г/(м2-ч). В на- стоящее время для очистки котлов от отложении обычно применяется готовая ингибированная на заводе соляная кислота, а при ее отсутствии — техническая соляная кислота с добавлением выше- указанных ингибиторов. Продолжительность воз- действия кислоты и весь ход процесса химической очистки контролируются анализами. Если кислотность рабочего раствора снизилась до нуля, то добавляют новую порцию кислоты. Ес- ли же скорость снижения кислотности рабочего раствора стабилизируется в каких-то пределах, то это свидетельствует об окончании процесса кислот- ной очистки. 9* 131
После окончания кислотной очистки и удаления раствора кислоты производится тщательная вод- ная промывка внутренних поверхностей нагрева котла. С целью нейтрализации возможных остат- ков кислоты внутренние поверхности котла в те- чение 4—6 ч подвергают последующему щелочению 0,2%-ным раствором едкого натрия или 0,5%-ным раствором аммиака. Щелочение производится при огневом подогреве раствора до 80—90° С с при- нудительной или естественной циркуляцией. По окончании щелочения щелочной раствор удаляется и проводится тщательная промывка котла. Далее из котла спускается вода, вскрываются барабаны и коллекторы экранов, производится их внутренний осмотр и очистка от оставшегося шлама. В последнее время для удаления отложений с экранной системы котлов на предприятиях хими- ческой промышленности широко применяются сме- си водного конденсата с ингибированной 10%-ной соляной кислотой в соотношении 1 : 1 и добавле- нием фтористого натрия (20—30 г/л) и инги- биторов— тиомочевины и уротропина (0,5% от массы). Водный конденсат представляет собой 20— 30%-ную смесь низкомолекулярных кислот (муравь- иной, уксусной, пропионовой, масляной), альдеги- дов, спиртов, эфиров и пр. Обработка экранной си- стемы котлов продолжается 12—16 ч при темпера- туре 15—25° С. Затем котел промывается холодной водой, в течение 6 ч 1%-пым горячим (80—85° С) раствором едкого натрия или раствором кальцини- рованной соды в тринатрийфосфата и горячей во- дой. Использование подобной технологии очистки позволяет практически полностью удалять отложе- ния в котле. 132
На поверхностях нагрева вспомогательной те- плообменной аппаратуры, в которой подогревают- ся сырые или химически обработанные природные воды, отлагается в основном карбонатная накипь [СаСОз; AlgCO3; Mg(OH)2], легкорастворимая в ингибированной кислоте, при температуре промы- вочного раствора 30—40° С. В случае отсутствия ингибированной соляной кислоты к технической со- ляной кислоте, так же как и при очистке паровых котлов, добавляют технический уротропин, уникод, ПБ-5 или ПБ-6. Столярный клей для защиты ла- тунных трубок теплообменников малоэффективен и поэтому его применение нецелесообразно. В промываемом аппарате с помощью промывоч- ного насоса создается скорость циркуляции кислот- ного раствора не ниже 0,15—0,2 м/с. Очистка теплообменных аппаратов соляной кис- лотой производится при следующих условиях: кон- центрация промывочного раствора кислоты, посту- пающего в теплообменник, 2—3%; температура раствора 30—40° С; замедлитель коррозии 1—2 г/л раствора, если кислота не ингибирована; продолжи- тельность промывки 2—4 ч. 21. РАСЧЕТ РАСХОДА РЕАГЕНТОВ НА КИСЛОТНУЮ ПРОМЫВКУ Перед проведением химической очистки котель- ного агрегата или теплообменного аппарата произ- водят внутренний осмотр и определяют среднюю толщину слоя накипи. Общее количество накипи в агрегате или аппа- рате В = nfy/1000, где В — количество накипи, кг; п — средняя тол- щина слоя накипи, мм; F— поверхность агрегата 133
(аппарата), покрытая накипью, м2; у — плотность накипи, кг/м3 (обычно 2000 кг/м3). Количество 100%-ной соляной кислоты, кг, не- обходимой для удаления накипи (карбонатной), G = Вс • 0,73/100, где В — количество накипи, подлежащей удалению, кг; с — содержание в накипи карбонатов (в пере- счете на СаСО3), %, при отсутствии анализа на- кипи считают, что она состоит на 100% из СаСОз; 0,73 — количество 100%-ной соляной кислоты, кг, необходимое для растворения 1 кг карбонатной на- кипи. Концентрация кислоты, необходимая для рас- творения накипи, при одноразовом заполнении аг- регата (аппарата) рабочим раствором Ср = G,oo% • 100/V • 1000, где Ср — концентрация кислоты для растворения накипи, %; Сцх)%—расход 100%-ной кислоты на очистку агрегата, кг; V—водяной объем агрега- та, м3. Если при расчете окажется, что концентрация раствора больше 6%, то рабочую концентрацию раствора принимают 6%, а остальное количество кислоты до расчетного добавляют в раствор в про- цессе промывки в виде крепкой кислоты. Если рас- четная концентрация раствора ниже минимально необходимой для растворения накипи (2%), то принимают минимально необходимую концен- трацию. Требуемое количество технической кислоты, кг, определяют из выражения: Сгк = СРЕ- 1000/Ст, где Ст к—расход технической кислоты, кг; Ср — концентрация кислоты в рабочем растворе, %; 134
Ст — концентрация кислоты в техническом продук- те, % (25—30%); V—водяной объем агрегата, м3. Расход щелочи, кг, для нейтрализации агрегата (аппарата), промытого кислотным раствором, 6Щ = СЩР • 10, где 6щ — расход щелочи, кг; Сщ — концентрация щелочи в нейтральном растворе, % (1—2%); 10 — коэффициент приведения массы щелочи к 1 м3 раствора; V — водяной объем агрегата, м3. 22. ПРОМЫВКА ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЕЙ ОТ СОЛЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Вследствие уноса солей паром из барабанных котельных агрегатов часто на внутренних поверх- ностях трубок пароперегревателей образуются со- левые отложения. Растворимые в воде солевые от- ложения удаляются из загрязненных внутренних поверхностей пароперегревателей промывкой кон- денсатом или питательной водой при температу- ре 75—80° С. Нерастворимые в воде отложения уда- ляются с помощью кислотных промывок. Водные промывки бывают: а) общие, при кото- рых промывочная вода поступает в коллектор пароперегревателя и одновременно промывает все трубки; б) индивидуальные, при которых через каждую трубку, присоединенную к коллектору, пропускается необходимое для удаления солей ко- личество промывочной воды. При общей промывке питательная вода или кон- денсат подается в коллектор перегретого пара, за- полняет трубки пароперегревателя и поступает в барабан котла. При наличии на коллекторе насы- щенного пара дренажной линии промывочная вода сбрасывается в дренаж. После заполнения паропе- 135
регревателя подачу промывочной воды прекраща- ют и оставляют в таком состоянии на 1—2 ч, а за- тем промывку возобновляют и продолжают до тех пор, пока солесодержание или щелочность выходя- щей из перегревателя воды не станет равным соле- содержанию или щелочности подводимой к нему промывочной воды. Общая промывка перегревателя обычно не обес- печивает полной и равномерной очистки всей по- верхности змеевиков, так как скорость промывоч- ной воды в них различна (промывочная вода про- ходит преимущественно по трубкам с меньшим гид- равлическим сопротивлением, т. е. с наименьшим количеством отложений). Индивидуальная промывка является трудоемкой операцией, так как требует вскрытия всех лючков на коллекторах пароперегревателя для возможности доступа к каждому змеевику, но она позволяет осуществить 100%-ную их очистку от отложений и установить распределение отложений по отдельным змеевикам. Для интенсивной промывки змеевиков пароперегревателя скорость промывочной воды в трубках должна быть не менее 1 —1,5 м/с. Каче- ство выходящей из змеевика воды контролируют, как и при общей промывке. Если концентрация растворенных веществ в промывочной воде пере- станет повышаться, то промывку змеевика прекра- щают и переходят к промывке следующего. По окончании промывки оставшуюся в змеевиках воду вытесняют воздухом. Индивидуальную промывку змеевиков пароперегревателя обычно проводят при длительной остановке котлов на текущий или капи- тальный ремонт.
Глава 5 СОДЕРЖАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ВОДОПОДГОТОВКИ И ВОДНОГО РЕЖИМА ПАРОВЫХ КОТЛОВ 23. ОБЪЕМ ОПЕРАТИВНОГО РУЧНОГО КОНТРОЛЯ Задачей химического контроля водоподготовки и водного режима в промышленных котельных яв- ляется своевременное выявление отклонений основ- ных показателей качества умягченной, питательной, котловой воды и конденсата от установленных эк- сплуатационных норм вследствие нарушения тех- нологического процесса или появления дефектов в работе водоподготовительного оборудования и на- рушения водного режима паровых котлов. Химический контроль в большинстве промыш- ленных котельных осуществляется экспресс-лабора- торией. Экспресс-лаборатория выполняет круглосу- точный текущий оперативный химический контроль, позволяющий определить, соответствуют ли показа- тели качества воды в каждый данный момент на том или ином оборудовании установленным нормам. Объем оперативного контроля водоподготовки и водного режима котлов зависит от схемы подго- товки воды, а также от типа паровых котлов (табл. 15). Находящиеся в воде различные загрязнения (в определенных пределах) по характеру их содержа- ния, необходимости и важности определения при оперативном контроле можно разбить на следую- щие группы. 1. Наиболее важные загрязнения, количество которых может быстро и в значительных пределах изменяться в зависимости от содержания их в ис- ходной воде или от работы оборудования (котла, 1.37
Таблица 15 Объем оперативного контроля водоподготовки и водного режима котлов Определитель Котельные с котлами паролро- изводи- тельное- тью не ме- нее 2 т/ч и с давлени- ем до 1,3 МПа с котлами паропро- изводи- тельнос- тью более 2 т/ч и с давлени- ем до 3,9 МПа с водо- грейными котлами Жесткость общая 4- + 4- Щелочность + + + Солесодерж анис (+) (+) (4-) Хлориды + 4- Железо (окнелы)1 — + Углекислота — 4- — Масла — 4- — Прозрачность (визуально) + 4- — Кислотность — + — Кислород Концентрация растворов: — + 4- СОЛИ — 4- 4- серной кислоты — 4- + соды (+) — —— 1 В скобках указаны определители, которые выполняются по требованию потребителей или в зависимости от применяемого реагента. Примечание. Знак «~Ь» указывает из необходимость определений. водоочистки). К ним относятся: солесодержание в паре, которое зависит от состава котловой воды, от уровня воды в барабане, от нагрузки котла и т. д.; содержание кислорода в деаэрированной воде, ко- торое зависит от нагрузки деаэратора, температу- ры, давления и количества выпара; жесткость очи- щенной воды. Определение этих показателей качества воды и пара должно быть по возможности частым (см. табл. 16 -18). Одновременно должны приниматься 138
все меры, чтобы содержание примесей было посто- янным и не выходило за допустимые пределы, а режим работы оборудования устойчивым, чтобы предотвратить возможность внезапного и резкого повышения содержания в воде или паре вредных примесей. Вместо трудоемкого ручного периоди- ческого химического контроля за содержанием не- которых примесей можно проводить непрерывный контроль за другими параметрами воды, которые определяют содержание этих примесей. Так, на- пример, вместо определения содержания кислоро- да в деаэрируемой воде можно контролировать по- стоянство давления в самом деаэраторе, его на- грузки и количества. 2. Менее важные загрязнения, количество ко- торых в водах котельной зависит только от содер- жания их в исходной воде и мало изменяется в процессе водообработки. К этой группе относятся щелочность воды, солесодержание, окисляемость, содержание хлоридов и т. д. Загрязнения этой груп- пы контролируются реже, чем первой. 3. Загрязнения, величину которых трудно опре- делить или из-за отсутствия чувствительных и быс- трых методов, или из-за трудности отбора проб. В эту группу входят окислы железа, мели, нитраты, взвешенные вещества. Частота определения этих примесей зависит от условий эксплуатации и типа данного оборудования. Так, для котлов среднего и низкого давления, а также для отопительных кот- лов эти примеси не существенны, и поэтому часто- му контролю не подлежат. 4. Специально вводимые вещества, например: фосфаты для связывания и осаждения накипеоб- разователей в виде шлама; нитраты для борьбы с межкристаллитной коррозией металла п т. д. Содержание этих примесей может поддерживаться 13!)
Периодичность отбора и анализа проб воды, ч, при Место отбора проб Жесткость общая Щслоч общая Исходная (сырая) вода перед водоочисткой Обрабатываемая вода: 24—168 24—168 после осветлительпых фильтров перед катионигными фильтрами 1-й 24—168 8—24 сгупени после каждого Na-катионитного фильт- 8 24 ра 1-й ступени после каждого Na-катионитного фильт- 2—4' — ра 2-й сгупени после каждого Н- или H-Na-катионит 8 24 ного фильтра 1-й ступени после каждого Н-катиопитного фильт- 2—41 2—41 ра 2-й и 3-й ступеней и общая — — Очищенная вода после водоочистки 8 8 * В конце отмывки через каждые 10—16 мни: в конце периода умяг ступени — каждые 1—2 ч. 2 В конце отмывки каждые 10—15 мни, в начале периода умягчения — Примечания: 1. Температура исходной (сырой) воды определи 2 Относительная щелочность определяется при расчете. 3 Крепость (плотность, кислотность) регенерационных растворов реагентов створа и несколько раз во время регенерации на заданном уровне дозировкой их в обрабатывае- мую воду с помощью дозаторов. В ряде случаев количественные определения мо- гут быть заменены качественными или количе- ственно предельными. Например, регулирование продувки котлов низкого давления, качество воды которых контролируется по щелочности, может вес- тись по верхнему и нижнему пределам щелочности путем прибавления к двум пробам котловой воды по 100 мл установленного количества смеси деци- нормальной (0,111) соляной кислоты и индикатора. 140
Таблица 16 обработке ее на химводоочистках КОСТЬ Солесодер- жание Хлориды по фенол- фталеину 24—128 168 168 8—24 — — 24 — — — — См. сноску 2 — — См. сноску 2 — — — 8 8 168 Углекис- лота сво- бодная СОЕ Прозрач ность — мутность (визуально) Кислот- ность об- щая по ме- тилоранжу 168 24—168 — — Постоян- н — — •— — — — — — — — — — 2—4' 48 4—81 24 — чения после фильтров 1-й ступени каждые 15—20 мин, после фильтров 2-й каждый час до полнэго удаления NaCl из катионита. ется через 24—168 ч. (11С1,1 lsSO4, NaCl) определяется при изготопленни каждой новой порции ра Наличие розовой по фенолфталеину или желтой по метилоранжу окраски пробы воды, в которую добавлено большее количество кислоты, свидетель- ствует о высокой щелочности котловой воды и необ- ходимости увеличения или включения продувки. Отсутствие окраски в пробе, в которую добавлено меньшее количество кислоты, говорит об избыточ- ной продувке и необходимости ее уменьшения. Момент отключения катионитных фильтров на регенерацию по жесткости также можно опреде- лять качественно по предельной жесткости. Эга 141
жесткость определяется путем добавления к про- бам смеси, которая состоит из буферного раствора, раствора индикатора хрома темно-синего и опреде- ленного количества сантинормального (0,01 Н) рас- твора трилона Б. Розовая окраска пробы сигнали- зирует о том, что жесткость воды после фильтра превысила установленную норму, и фильтр необхо- димо отключать на регенерацию. В табл. 16 указана обычно применяемая в эк- сплуатации периодичность отбора и анализа проб. Периодичность между отборами проб указана в часах. Она зависит от колебаний контролируемого показателя качества воды и от устойчивости ре- жима водообработки. Более частые отборы применяются или при не- устойчивом качестве исходной воды, или при изме- няющейся производительности водоочистки, или при коротких фильтроциклах работы фильтров. Объем ручного контроля при наличии автоматиче- ских указывающих или регистрирующих анализато- ров (солемеры, кислородомеры и т. д.) и при хоро- Таблица 17 Периодичность отбора и анализа проб воды, ч, тепловых сетей Вода Жесткость Щелочность Угле- кисло- та сво- бод- ная Кис- лород Же- лезо- (окис- ли) общая каль- циевая общая по фе- нол- фта- леину Подпиточная для тепловых се- тей Сетевая и кот- ловая водогрей- 8—24 8—12 8—24 8-48 96 8—24 168 ПЫХ котлов 8—12 168 8—12 8—24 168 168 120 142
Таблица 18 Объем оперативного контроля яодного режима паровых котлов, ч Вид опре- делителя Жест- кость об- щая Щелоч- ность: общая по фе- нолфта- леину Солесо- держаьис Кислород Железо Сульфит- ном Фосфат- ион Мелкие котельные Крупные промышленно-отопительные котельные X Я 6 вода со со” Р СО 6g х g S к V о CJ со” Е к со SC § •К д S № СО № rj № oh sc “gg. вода Ч 8 О >Х 3 Д № к <К Й» 0 CO R E о> ь 0 & t* 0 О О E к « а д 4 ° ч ° 3 S С си X я: С Kot лов ТЫМ О Ь о ь X О 2 0 CJ СО X 4—8 — — 2—8 — — — — 4—8 4—8 — 2—8 4—8 8—24 8—24 — 2—8 4—8 8 2—8 4—8 8—24 — 8 24 24 8—24 24 8—24 1—2 12 8—24 —- 8—24 — — — — — — — 168—720 — — — — 8—24 — — 8—24 — — — — — — —* 2—8 8 2-4 8—24 — шей их работе сокращается и сводится по автома- тически измеряемым показателям лишь к периоди- ческой проверке правильности показаний приборов. В табл. 17, 18 приводятся объем и содержание оперативного контроля качества воды тепловых се- тей и водного режима паровых котлов.
24. ОБЪЕМ ПЕРИОДИЧЕСКОГО КОНГРОЛЯ Периодический контроль предназначен для оценки водного режима и работы водоподготови- тельного оборудования за определенный период и для разработки мероприятий с целью дальнейшею улучшения эксплуатации п ликвидации обнаружен- ных дефектов. Так называемые «полные» анализы эпизодиче- ски отбираемых проб воды позволяют дать более всестороннюю и глубокую оценку ее состава, если Объем и периодичность
проба является не случайной, а представительной, и не загрязнена в процессе отбора и транспорти- ровки. Такая оценка может быть дана только по неизменяющимся при хранении показателям каче- ства воды (защита от попадания пыли и газов, вмешательство лаборантов в отбор средних проб). «Полные» анализы — это средние пробы, отобран- ные за некоторый период времени (смену, сутки). «Полным» анализом воды условно называют ис- следование, при котором определяют следующие показатели: цвет, запах, вкус, наличие и вид осад- Таблица 19 «полных» анализов воды Щелоч ность 11ернодич»ость Поверхностные годы 3 раза в год зимой пе- ред паводком, г,о время паводка и в августе — сентябре. Артезианские воды 1 раз в год. Следу- ет у читыват ь возмож- ность поступления арте- зианской воды разного качества из разных сква- жин и различных водо- носных горизонтов 10 8 -120 145
Вода Взвещснныс вещества Сухой остаток выпа- ривания Солесодер жание Сульфатный остаток катнонитным спосо- бом Потеря при прокали- вании Железо Кальций Магний Натрий Аммиак 1 Нитриты Очищенная Na; H-Na-катиони- рованная после водоочистки — + 4- — — 4- — — — 4~ + Питательная для котлов среднего и низкого дав- лений — 4- 4- — — 1- — — — 4- + Котловая для барабанных кот- лов всех давле- ний 4- 4- 4- — 146
Продолжение табл. 19 Нитраты NO3 Хлор-ион С1 2— Сульфат-ион SO4 3 Фосфат-ион РО4 1 Реакция pH | ЩеЛоЧ- HOFTb Жесткость общая Углекислота свобод- ная COf Периодичность общая 1 1 ПО фенол- I фталеину 1 + — — — 4- 4- 4- — В те же сроки и одно- временно с исходной во- дой 1- 4- — — 4- + 4- 4- 4- 3—4 раза в год. Жела- тельно выполнять анали- зы в те же сроки и од- новременно с очищенной водой — + 4- + — -1- 4- — — 1 раз в год по каждому котлу. Одновременно по всем точкам котла Кот- ловые воды солевых и продувочных отсеков объединяют в среднюю (по 50 %). Желательно анализы выполнять одно- временно с анализами питательной воды 10* 147
ка (сухой и минеральный, а иногда и сульфатный), концентрацию взвешенных веществ, жесткость, ще- лочность, окисляемость, концентрацию кальция, магния, железа, алюминия, натрия, хлоридов, суль- фатов, нитратов, нитритов, карбонатов, бикарбона- тов, кремниевой кислоты, углекислоты, растворен- ного кислорода, сероводорода и аммиака. Средние пробы отбираются в большие бутыли (20—30 л), которые защищены от проникновения газов и пыли из воздуха. Можно отбирать средние пробы химически очиненной, питательной, сетевой, котловой воды и производственного конденсата. Средние пробы отбирают для уменьшения количе- ства определений и избежания необходимости подсчета средних величин, а также для контроля ра- боты аппаратчиков. Вмешательство дежурного пер- сонала, лаборантов и аппаратчиков в отбор сред- 148
Продолжение табл. 19 них проб недопустим. Бутыли для этих проб необ- ходимо устанавливать в стальных запирающихся шкафах. В табл. 19 приведены объем и периодичность «полных» анализов воды. 25. ОТБОР ПРОБ И ОТБОРНЫЕ УСТРОЙСТВА Основным условием правильной организации хи- мического контроля за водоподготовкой и водным режимом является отбор представительной пробы воды или конденсата пара. Если их состав сильно отличается от состава контролируемой воды, эго приведет к неправильной оценке ведущегося водно- химического режима. Отбор представительной пробы из однородной среды (перегретый пар, конденсат, питательная и М9
химически очищенная вода) не представляет за труднений. Различные способы отбора дают вполщ представительные пробы, которые отражают ка Рис. 27. Схема отбо- ра проб воды из ба- ков. Рис. 28 Щелевой и соско- вый зонды для отбора проб насыщенного и перегретого пара. чество той среды, откуда они взяты. Например, от- бор пробы питательной воды производится перед водяным экономайзером с помощью трубки, запод- лицо вваренной в питательный трубопровод. Для отбора проб воды из баков рекомендуется пропускать отборную трубку внутрь бака на 500— 1000 мм от его стенки и размещать трубку на высо- те 7з общей высоты бака и в проточном месте (рис. 27). Пробы перегретого и насыщенного пара могут отбираться щелевым или сосковым зондом (рис. 28), вставленным в паропроводы, так как уносимые паром соли к стенкам не прилипают, а при высоком давлении значительная их часть на- 150
ходится в растворенном состоянии. Отборные ус- тройства для пара должны выполняться из того же металла, что и паропровод. Отбор проб продувочной воды паровых котлов производится из линии непрерывной продувки без каких-либо специальных заборных устройств, если в продувочной воде не предполагается определять взвешенные вещества (рис. 29). Отбор проб котло- Рис 29. Расположение трубы непрерывной про- дувки в барабане котла без ступенчатого испаре- ния. вой воды из чистых отсеков производится при по- мощи дырчатого коллектора, расположенного вдоль барабана на 100—150 мм ниже наинизшего уровня воды в котле. Таким же образом производится отбор проб котловой воды из барабанов котлов без ступенчатого испарения (рис. 29). Пробы котловой воды из чистых отсеков могут отбираться трубками с прямым или косым срезом без дополнительных отверстий, расположенными в тех же местах, что и дырчатый коллектор, а также перед отверстиями для перепуска воды из чистого в солевые отсеки (рис. 30). Котловая вода соле- вых продувочных отсеков отбирается из продувоч- ной линии, последняя вваривается заподлицо в опускные трубы отсека перед нижними коллекто- рами экранов. Отбор представительных проб насыщенного па- ра затруднен ввиду того, что унесенная из бараба- на паром котловая вода при малой скорости пара может ползти по стенке паропровода в виде пленки, 151
не смешанной с основным потоком пара. Эта плен- ка имеет солесодержание, близкое к солесодержа- нию котловой воды. Для отбора представительных проб насыщенного пара должны применяться спе- циальные устройства, обеспечивающие срыв пленки. 6 Чистый отсек Солевой 7 отсек Рнс. 30. Устройство бора проб котловой барабана котла: / — коллектор для отбора проб котловой воды из средней части чистого отсека; 2 — насадка дырчатая на коллекторе, 3— насадка щелепая на коллекто- ре; 4 — трубка для отбора проб из чистого отсека, 5— трубка для отбора проб воды перед водоисрепускными трубами (улавливание переброса); 6 — водоперепускная труба, 7 —наконечник для забора продувочной воды солевого отсека. для от- воды из В котлах низкого и среднего давлений отбор проб насыщенного пара в основном осуществляет- ся через устьевые зонды (рис. 31). Устьевые зонды необходимо применять в котлах низкого давления без пароперегревателей, нередко выдающих пар очень плохого качества, засоряющий мелкие отвер- стия дырчатых или щелевых парозаборных зондов. Для отборных трубопроводов должны, как пра- вило, применяться трубы из нержавеющей стали диаметром 10—15 мм. Для котловой воды котлов низкого и среднего давлений могут применяться и стальные трубы аналогичного диаметра. Если отбираемая проба имеет высокую темпе- ратуру (больше 10° С), ее предварительно пропус- кают через холодильник. Для охлаждающих пробу змеевиков холодильника должны применяться та- кие же трубки, что и для отборных трубопроводов. 152
Применение трубок большего диаметра нежела- тельно, так как ведет к увеличению запаздывае- мости отбора проб воды и нецелесообразной траге металла. Отборные тру- бопроводы не следует изолировать для допол- нительного охлаждения пробы перед холодиль- ником. В холодильники следует подавать охла- ждающую воду с воз- можно более низкой тем- пературой. Если для ох- лаждения применяется неумягченная вода, то на змеевиках холодильни- ков образуется карбонат- ная накипь. Ее можно удалять механическим или химическим способа- ми. Применяют и такой способ: выпускают из Рис 31. Устьевой зонд для отбора проб насыщенного пара: / — наконечник; 2 — центрирую- щие ребра; 3 — приварной шту- цер; 4 — трубка охлаждаю- холодильника щую воду, нагревают его, пропуская пар или го- рячую воду, а затем быстро охлаждают. Имею- щаяся накипь растрескивается и отваливается. Толщина накипи на змеевиках не должна превы- шать 0,5 мм. Если пробы не отбираются и не сливаются не- прерывно, то перед отбором пробы все пробоотбор- ное устройство следует продуть в течение 3—5 мин с расходом в 2—5 раз больше обычного. 153
Глава 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ УМЯГЧЕННОЙ И КОТЛОВОЙ воды 26. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ КОМПЛЕКСОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ Сущность метода. Комплексометрический метод определения общей жесткости воды наиболее точ- ный и распространенный. Он основан на образова- нии катионами Са2+ и Mg2+ прочных внутриком- плексных соединений с трилоном Б. Трилон Б — натриевая соль этилендиаминотстрауксусной кисло- ты, образующая растворимые в воде внутриком- плексные соединения с катионами различных двух- и трехвалентных металлов. Трилон Б образует так- же комплексные соединения с катионами меди, цинка, марганца, кадмия, никеля, двух- и трехва- лентного железа, алюминия и др. Если в раствор, содержащий ионы одного из вышеупомянутых металлов, ввести индикатор, даю- щий непрочное цветное соединение с ионами этого металла, то при добавлении трилона Б к такому окрашенному раствору в эквивалентной точке про- изойдет изменение окраски. В качестве индикатора при определении общей жесткости используются эриохром черный (кислотный хромоген черный ЕТ-00), кислотный хром синий К и кислотный хром темно-синий. Так, при титровании пробы воды трилоном Б в присутствии эриохрома черного красные комплек- сы кальция и магния разрушаются, образуются комплексонаты этих металлов с трилоном Б, не имеющие окраски. Поэтому в точке эквивалентно- 154
сти красная окраска раствора переходит в синюю, обусловленную окраской аниона индикатора. Чувствительность комплексометрического мето- да определения общей жесткости воды практически 1 мкг-экв/кг. Определению общей жесткости воды мешают ионы железа, цинка, меди, марганца и др. (если они имеются в исходной воде). Ионы марганца, меди и цинка осаждают в виде сульфитов, вводя в пробу воды 1 мл 2—5%-ного раствора сернистого натрия. Во избежание окисле- ния марганца прибавляют 3—5 капель 1%-ного раствора солянокислого гидроксиламина. Ионы же- леза и марганца окисляют перманганатом калия в присутствии хлористого аммония. При этом катионы железа из двухвалентного переходят в трехвалентные, а катионы двухвалент- ного марганца — в четырехвалентные и осаждают- ся в виде МпО2. Железо осаждают в виде Fe(OH)3, прибавляя гидроокись аммония до слабощелочной среды. Реактивы и их приготовление: а) Дистиллиро- ванная вода и проверка ее качества. Рекомендует- ся пользоваться водой, полученной в стеклянном дистилляторе, или Н-катионированной. Качество дистиллированной воды испытывают следующим образом: к 100 мл дистиллята добавляют 1 мл ам- миачного буферного раствора и 5—7 капель инди- катора кислотного хром темно-синего (хромоген черного). Голубая с сиреневым оттенком окраска раствора указывает на чистоту воды. б) Раствор трилона Б. Для приготовления рас- твора трилона Б берут следующие количества: для 0,1Н — 18,6 г; для 0,5Н — 9,3 г; для 0,01Н — 1,86 г. Отвешенное количество трилона Б растворя- ют в дистиллированной воде и фильтруют, если 155
раствор мутный. Объем раствора доводят до 1 литра. Точную нормальность 0,1 Н (децинормалыюго) раствора трилона Б устанавливают с помощью 0,01 Н (сантинормального) раствора сернокислого магния. Отвешивают на аналитических весах 1,232 г перекристаллизованного химически чистого MgSO4-7H2O и растворяют в мерной колбе на 1 л дистиллята. В коническую колбу отмеривают пи- петкой 100 мл 0,0111 раствора сульфата магния, добавляют 5 мл аммиачного буферного раствора, 5—7 капель индикатора кислотного хром темно- синего и медленно титруют при интенсивном пере- мешивании 0,1Н раствором трилона Б до перехо- да красной окраски в синюю. При установке титров раствора трилона Б 0,05Н; 0,01Н нормальности берут соответственно 50 и 10 мл 0,01 Н раствора сульфата магния и до- водят дистиллированной водой до 100 мл. Поправочный коэффициент раствора трилона Б к данной нормальности вычисляют по формуле Лтр — WKtAg/g, где g — расход трилона Б на титрование, мл; 7<Mg— поправочный коэффициент 0,01Н раствора сульфата магния (коэффициент сантинормальнос- ти) при точно 0,01 Н раствора Kug = 1. в) Буферный раствор. 20 г хлористого аммония (химически чистого) растворяют в дистиллирован- ной воде, добавляют 100 мл 25%-ного раствора ам- миака и объем раствора доводят до 1 л дистилли- рованной водой. г) Растворы индикаторов (хромоген черный, кислотный хром темно-синий). 0,5 г одного из инди- каторов растворяют в 20 мл аммиачного буферного 156
раствора. Объем раствора доводят до 100 мл эти- ловым спиртом. Раствор хромоген черного ЕТ-00 следует готовить на срок, нс превышающий 10 сут. Подготовка пробы воды. а) при анализе воды с жесткостью 0,5 мг-экв/кг и менее объем пробы составляет 100 мл. При жест- кости воды 0,5 мг-экв/кг и более объем пробы бе- рут не 100 мл, а 50 или 25 мл, разбавляют дистил- лированной водой до 100 мл, обеспечивая содержа- ние солей жесткости в пробе менее 0,5 мг-экв/кг. б) воду, имеющую температуру ниже 10—12° С, перед титрованием следует подогревать. Порядок анализа. К 100 мл соответственно под- готовленной для титрования воды добавляют 5 мл аммиачно-буферного раствора и 5—7 капель инди- катора эриохрома черного или кислотного хром темно-синего. После этого медленно титруют воду из бюретки раствором трилона Б требуемой кон- центрации в зависимости от предполагаемой жест- кости. При титровании необходимо обеспечить ин- тенсивное перемешивание раствора. Титрование проводят до перехода окраски раствора от розово- красного до синевато-сиреневого цвета, что соот- ветствует эквивалентной точке связывания всех ка- тионов кальция и магния. Окраска раствора от из- бытка трилона Б остается неизменной, поэтому в конце титрования рабочий раствор трилона Б сле- дует прибавлять по каплям. Расчет результатов анализа. Расчет результа- тов анализа основан на том, что каждый 1 мл нормального раствора трилона Б оттитровывает 1 мг-экв жесткости. Соответственно этому 1 мл де- цинормального (0,111) раствора трилона Б оттитро- вывает 0,1 мг-экв жесткости, а 1 мл сантинормаль- ного (0,1Н) раствора оттитровывает 0,01 мг-экн жесткости. 157
Следовательно, общая жесткость определяется по формуле Ж = 1000£K/V, где Ж— общая жесткость воды, мг-экв/кг; Б — расход трилона Б на титрование, мл; К — коэффи- циент нормальности раствора трилона Б; V — объ- ем пробы воды, взятой для анализа без учета кон- денсата для разбавления пробы, мл; 1000 — для пересчета миллилитров в литры. При У=100 мл и /С=0,1 формула подсчета об- щей жесткости упрощается: Ж — Б, мг • экв/кг. При Ж= 100 мл и /(=0,01 Ж = 0,1 Б мг-экв/кг. Для воды с общей жесткостью менее 0,5 мг-экв/кг ее величину принято выражать в микрограмм-эквп- валентах на литр (килограмм). В этом случае при /С=0,01 Ж= 100 Б мкг-экв/кг. 27. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ЩЕЛОЧНОСТИ ВОДЫ Сущность метода. В основе метода определения общей щелочности воды лежит принцип образова- ния нейтральных солей при взаимодействии кисло- ты с гидратами, гидрокарбонатами и карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов, а также свойство различных индикаторов изменять свой цвет в зависимости от величины pH. Учитывая эти свойства, исследуемую пробу во- ды подвергают титрованию раствором соляной или серной кислоты требуемой концентрации в присут- ствии индикаторов фенолфталеина и метилоранжа. Применяемые реактивы: а) децинормальный (0,1Н) раствор соляной или серной кислоты; 158
б) 1%-ный спиртовый раствор фенолфталеина для определения гидратной и карбонатной щелочности; в) 0,1%-ный раствор метилоранжа, служащий ин- дикатором при определении карбонатной и гидро- карбонатной щелочности. Подготовка пробы воды. При титровании воды кислота вступает во взаимодействие как со ще- лочами, так и с веществами, которые могут быть в воде во взвешенном состоянии и которые нс об- условливают щелочность воды. Чтобы уменьшить расход кислоты на ненужные реакции и обеспечить правильность определения щелочности, подвергае- мую анализу пробу охлаждают до температуры 20° С, если она была горячей, и пропускают через бумажный фильтр. Порядок анализа. К 100 мл соответственно под- готовленной для титрования пробы воды добавляют 2—3 капли фенолфталеина. При окрашивании пробу титруют раствором со- ляной или серной кислоты соответствующей нор- мальности (0.1Н или 0,01Н) до исчезновения ок- раски. Титрование проводят медленно, тщательно перемешивая пробу воды. Количество 0,111 или 0,01 Н раствора соляной или серной кислоты, ушедшее на титрование с фе- нолфталеином, записывают с пометкой «ФФ». Если в процессе прибавления фенолфталеина не насту- пает окрашивание, значит в воде отсутствуют гид- ратная и' карбонатная щелочности. В этом случае титровать пробу воды раствором кислоты не нуж- но, так как щелочность по фенолфталеину отсут- ствует. После этого в эту же пробу добавляют 2—3 кап- ли метилоранжа и титруют 0,1 Н или 0,01 Н раст- вором кислоты до перехода окраски пробы из жел- той в оранжевую. Количество раствора кислоты, 159
ушедшее на титрование с метилоранжем, записы- вают с пометкой «МО». Для расчета общей щелочности воды берут сум- марный расход кислоты, ушедший на титрование с фенолфталеином и метилоранжем. Расчет результатов анализа. Расчет результатов анализа основан на том, что каждый 1 мл нормаль- ного раствора соляной или серной кислоты отти- тровывает 1 мг-экв щелочности. Соответствен- но этому 1 мл децинормального (0,1Н) раство- ра соляной или серной кислоты оттитровывает 0,1 мг-экв щелочности, а 1 мл сантинормального (0,01Н) раствора оттитровывает 0,01 мг-экв ще- лочности. Следовательно, общая щелочность воды Щ = 1ОООК25/1ОО, где Щ — общая щелочность воды, мг-экв/кг; Б — суммарный расход кислоты на титрование, мл; К — коэффициент нормальности раствора кислоты; 1000 — пересчет результатов анализа на 1 литр во- ды; 100 — объем пробы воды, взятой для анали- за, мл. При титровании 100 мл пробы воды децинор- мальным раствором кислоты (0,1 Н) формула упро- щается Щ = Б, мг • экв/кг. При использовании сантинормального раствора кислоты (0,01 Н) Щ = 0,1 Б, мг - экв/кг. Для воды типа конденсата щелочность принято выражать в микрограмм-эквивалентах на лигр (мкг-экв/л). В этом случае Щ = 50,01 • 1000 - 1000/100, или Щ = 100 Б мкг • экв/кг. 160
28. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХЛОРИДОВ В ВОДЕ По общему содержанию в природных водах хло- риды занимают первое место среди анионов. Со- держание их колеблется от десятых долей до ты- сячи и более миллиграммов на литр. Это преоб- ладающие анионы в водах с высокой степенью ми- нерализации. При концентрации хлоридов более 300 мг/л вода приобретает солоноватый привкус. Хлориды усиливают коррозию железа в воде вслед- ствие образования хорошо растворимого хлорида железа. Применяемые реактивы: а) эмпирический рас- твор азотнокислой ртути Hg(NOs)2, 1 мл которого соответствует 1 мг хлоридов; б) смешанный инди- катор для хлоридов — дифенилкарбазон + бром- феноловый синий или дифенилкарбазид + бромфе- ноловый синий; в) 0,05Н или 0,1Н раствор азот- ной кислоты. Подготовка пробы воды. При анализе воды, со- держащей менее 200 мг/л хлоридов, объем ее про- бы должен составлять 100 мл. Если содержание хлоридов более 200 мг/л, объем пробы берут не 100 мл, а 50 или 25 мл, разбавляют ее дистиллиро- ванной водой до 100 мл, обеспечивая снижение концентрации хлоридов в титруемой воде ниже 200 мг/кг. Порядок анализа. К 100 мл соответственно под- готовленной для титрования воды прибавляют 10 капель смешанного индикатора и нейтрализуют раствором 0.05Н (0,1 П) азотной кислоты до по- явления желтого окрашивания. Затем добавляют избыток 0,05Н раствора азот- ной кислоты в количестве 0,5 мл (или 0,25 мл 0,1Н раствора) и титруют раствором азотнокис- лой окисной ртути (Hg(NOs)2) до изменения ок- раски от желтой через розовую к фиолетовой. 1/2 И 8-120 161
Нейтрализацию кислотой и титрование раство- ром проводят медленно при тщательном перемеши- вании пробы. Расчет результатов анализа. Расчет результатов анализа основан на том, что каждый 1 мл азотно- кислой окисной ртути оттитровывает 1 мг хлоридов. Следовательно, количество хлоридов в 1 л испы- туемой воды Cl = 1000/7/V, где П—расход азотнокислой окисной ртути Hg(NO3)2, мкг; 1000—для пересчета миллилитров в литры; V — объем пробы воды, взятой для ана- лиза, мл (без учета конденсата, взятого для раз- бавления пробы). При V = 100 мл формула расчета упрощается СГ = 10/7, мг/кг. 29. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУХОГО ОСТАТКА Определение сухого остатка в котловой воде производится следующим образом: берется от 200 до 500 мл котловой воды в зависимости от содер- ж ания в ней солей. Мутная котловая вода перед выпариванием должна быть обязательно профильтрована. Выпа- ривание проводят в сушильном шкафу. После выпа- ривания остаток высушивается до постоянного ве- са при температуре 105—110° С и взвешивается. Масса пересчитывается на количество солей в мг, содержащихся в 1 л котловой воды.
30. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ СВОБОДНОЙ УГЛЕКИСЛОТЫ Определение свободной углекислоты (объемное) производят методом нейтрализации. В исследуемую пробу воды прибавляют едкий натрий (NaOH), при этом углекислота (СО2) переходит в гидрокар- бонат: СО2 + NaOH XNaHCO3. Вследствие того, что окраска титруемого раство- ра изменяется постепенно, конец реакции определя- ют путем сравнения полученной окраски с интен- сивностью окраски раствора — «свидетеля». С целью предотвращения потерь СО2 титруют в колбе, закрытой резиновой пробкой с отверстием, через которое ведут титрование. Применяемые реактивы: а) 0,02 раствор едкого натрия (NaOH); б) 0,1%-ный спиртовый раствор фенолфталеина. Порядок анализа. В коническую колбу емкостью 250 мл осторожно отмеривают пипеткой с сифоном 100 мл испытуемой воды. Добавляют 2—3 капли фенолфталеина, закрывают пробкой и тщательно перемешивают. Через отверстие в пробке опускают в колбу наконечник бюретки и титруют 0,02Н раст- вором едкого натрия до появления розового окра- шивания, не исчезающего в течение 3 мин, и сравнивают с окраской «свидетеля». Расчет результатов анализа. Количество сво- бодной углекислоты, мг/кг, содержащейся в испы- туемой пробе воды, определяют по следующей фор- муле: СО2 = 1000BKE/V, где В — количество 0,02Н раствора NaOH, затра- ченного на титрование, мл; К—коэффициент нор- мальности раствора; Е — эквивалент СО2 в данной V2IP 163
реакции; 1000 —для пересчета результатов анали- за на 1 литр воды; V — объем пробы воды, взятой для анализа, мл. 31. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА Определение растворенного в воде кислорода йодометрическим методом. При определении содер- жания растворенного кислорода в воде йодометри- ческим методом о его концентрации судят по коли- честву выделяющегося иода, Сущность метода заключается в том, что в кол- бу с пробой воды вводят раствор соли двухвалент- ного марганца и щелочную смесь (KJ + КОН). Хлористый марганец вначале вступает в реакцию с едким калием (КОН) и образует гидрат закиси марганца МпС12 + 2КОН = Мп(ОН)2 + 2КС1. Гидрат закиси марганца (осадок белого цве- та) — соединение неустойчивое, которое легко окис- ляется растворенным в воде кислородом до гидра- та окиси марганца (бурого цвета), 2Мп(ОН)2 + О2 + 2Н2О = 2Мп(ОН)4. После окончания реакции окисления в кол*, бу добавляют соляную кислоту. Четырехвалент- ный марганец вновь восстанавливается до двух- валентного. Реакция протекает следующим об- разом: Мп(ОН)4 4- 4НС1 = МпС12 4" С12 4“ 4Н2О. Выделяющийся при этом хлор, количество кото- рого эквивалентно содержанию растворенного в во- де кислорода, вступает в реакцию с иодпдом калия, образуя свободный иод, который оттигровывают тиосульфатом натрия. 164
Применяемые реактивы: а) сантннормальпый (0,01 Н) раствор тиосульфата натрия; б) 45%-нып раствор хлористого марганца; в) щелочная смесь (70 г едкого калия и 15 г йодида калия растворя- ют в небольшом количестве дистиллированной во- ды, объем доводят до 1 л); г) соляная кислота (плотность 1,19); д) 1%-ный раствор крахмала. Порядок анализа. Непосредственно перед прове- дением анализа откалибровать колбу. Для этого взвесить на технических весах с точностью до 0,01 г пустую колбу с пробкой, а затем доверху запол- нить водой. Разность в массе дает массу воды в склянке и ее объем. В откалиброванную колбу емкостью 200— 250 мл при помощи резиновой трубки, опущенной на дно, осторожно налить доверху испытуемую воду. После этого опустить до дна колбы пипетку, налить по 1 мл раствора хлористого марганца и раствора щелочной смеси. Закрыть колбу пробкой, взболтать и поставить для отстаивания образовав- шегося осадка. Образовавшийся бурый осадок раст- ворить, прибавляя 2—3 мл концентрированной со- ляной кислоты. Раствор перемешать, перелить в чистую коническую колбу и добавить 1 мл раство- ра крахмала. Выделившийся йод оттитровать 0,01Н раствором тиосульфата натрия до исчезновения си- ней окраски. Расчет результатов анализа. Количество рас- творенного в воде кислорода, мг/кг, О2 = 1000В/<С/К, где В — количество 0,01Н раствора тиосульфата натрия, затраченного на титрование, мл; К — коэф- фициент нормальности рабочего раствора тиосуль- фата натрия; С — эквивалент кислорода (8); И — объем пробы воды, взятой для анализа. 105
Определение растворенного в воде кислорода ко- лориметрическим методом с применением реактива метиленового голубого. Применяемые реактивы: а) метиленовый голу- бой; б) глицерин, в) глюкоза, г) едкий калий (хи- мически чистый). Для приготовления исходного раствора метиле- нового голубого растворяют 125 мг метиленового голубого и 1,2 г глюкозы в 50 мл дистиллирован- ной воды. Полученный раствор в мерной колбе емкостью 500 мл доводят до метки чистым глице- рином. Реактив хорошо перемешивают и хранят в склянке темного стекла в месте, защищенном от прямого попадания солнечных лучей. Реактив ус- тойчив в течение нескольких месяцев. Для приготовления стандартного раствора ме- тиленового голубого в мерную колбу емкостью 500 мл отмеривают с помощью измерительной пи- петки 4,7 мл исходного раствора метиленового го- лубого и доводят до метки 500 мл дистиллирован- ной водой. Хорошо перемешивают. Полученный раствор по интенсивности окраски соответствует концентрации несвязанного химически кислорода в 0,1 мг/кг. Для приготовления щелочного 30%-ного водно- го раствора едкого калия 30 г химически чистого едкого калия (КОН) растворяют в 70 мл свеже- прокипяченной и охлажденной дистиллированной воды. Раствор следует предохранять от попадания свободной углекислоты. Для приготовления эталонных растворов коло- риметрической! шкалы в мерную колбу емкостью 100 мл вводят стандартный раствор метиленового голубого в зависимости от содержания кислорода: Содержание кисло- рода, мг/кг . . . 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,08 0,10 166
Стандартный раст- вор, мл ...... 10 20 30 40 50 80 100 Приготовленные эталонные растворы перелива- ют в склянки с завинчивающимися крышками. Восстановленный раствор метиленового голубо- го необходимо готовить для одноразового заполне- ния бюретки-редуктора. Так, если редуктор изго- товлен из бюретки, имеющей емкость 50 мл, то нужно готовить лейкосоединение метиленового го- лубого путем перемешивания 50 мл исходного раствора и 1 мл 30%-ного раствора едкого калия. Если редуктор имеет емкость 25 мл, то необхо- димо 20 мл исходного раствора быстро перемешать с 0,4 мл раствора едкого калия, сразу залить в бю- ретку и добавить небольшой слой (5—8 мм) вазе- линового масла. Порядок анализа. В склянку емкостью, формой и цветом равную тем, в которых помещены эта- лонные растворы, отбирают пробу деаэрированной воды. Для этого склянку и ее колпачок помещают на дно эмалированного ведра. Опускают на дно склянки наконечник резиновой трубки, подключен- ной к выходному штуцеру пробоотборного холо- дильника питательной воды. Скорость отбора пробы 30—50 л/ч. Отбор про- изводят до тех пор, пока вода, заполнив склянку и переливаясь через ее края, заполнит ведро до уров- ня, превышающего горловину склянки на 40— 50 мм. После этого отбор прекращают, вынув труб- ку из склянки, завинчивают скляпку колпачком (обязательно с резиновой прокладкой) и вместе с ведром переносят в лабораторию. Берут бюретку-редуктор, выпускают из капил- ляра приблизительно 1 мл раствора метиленового голубого, открывают (под водой) горлышко склянки и вводят в пробу 1,5 мл ленкосоединения метплепо- 167
вого голубого. Вновь плотно закрывают склянку колпачком, хорошо перемешивают содержимое склянки, не вынимая ее из ведра, затем быстро вынимают и сравнивают полученную окраску с ок- раской эталонов стандартной шкалы. Содержание несвязанного кислорода в испытуе- мой воде равно содержанию кислорода, имитируе- мого эталоном, с которым совпала окраска в про- боотборной склянке. 32. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОСФАТОВ В КОТЛОВОЙ ВОДЕ з__ Определение фосфат-иоиа РО4 колориметри- ческим методом. При взаимодействии раствора мо- либдата аммония с фосфатами образуется ком- плексная соль фосфорномолибденовой кислоты, об- ладающая слабыми окислительными свойствами. В присутствии восстановителя это молибденовое соединение дает синюю окраску. При соблюдении условий реакции (главным об- разом кислотность среды) можно определить фос- фат-ион PCh8- сравнением окраски испытуемого раствора с окраской растворов серии стандартной шкалы. В качестве восстановителя применяется ме- таллическое (в виде пластинки или палочки) или хлористое олово. Применяемые реактивы и растворы. Раствор молибдата аммония (раствор «А»), 10 г химически чистого невыветрившегося молибденовокислого ам- мония растворяют при нагревании (не доводя до кипения) в 100 мл дистиллированной воды. Горя- чий раствор фильтруют. После остывания добавля- ют при помешивании 200 мл концентрированной соляной кислоты (36%-ной) и 100 мл воды, чтобы получить примерно 5Н раствор по отношению к НС1. Раствор сохраняют в темной склянке. 168
Разбавленный раствор молибдата аммония (раствор «Б»), К одному объему молибдата аммо- ния (раствор «А») прибавляют 4 объема дистилли- рованной воды. Получают 1Н по отношению к НС1 раствор. Данным раствором пользуются при определении фосфатов. Хлористое олово. Раствор хлористого олова го- товят следующим образом: 1 г мелко раздроблен- ного чистого олова помещают в колбочку емкостью 100 мл. Добавляют 20 мл концентрированной хими- чески чистой соляной кислоты (удельный вес 1,19) и 0,4 мл (8 капель) 10%-ного медного купороса для ускорения растворения. Колбочку закрывают пробкой с бунзеновским клапаном и ставят в го- рячую водяную баню. После растворения и охлаж- дения жидкости добавляют при помешивании 10 мл раствора медного купороса и содержимое колбы доводят до 100 мл дистиллированной водой. Хлористое олово легко окисляется на воздухе, поэтому следует хранить его под слоем вазелино- вого масла. Для массовых анализов следует гото- вить сразу 250 или 500 мл (готовить 2 раза по 250 мл) хлористого олова. Для приготовления 250 мл хлористого олова (количество олова и других реактивов соответствен- но увеличивается) следует соблюдать осторожность при нагревании. Во время бурного кипения и ин- тенсивного выделения водорода можег быть взрыв. Хлористое олово после приготовления и охлажде- ния помещают в склянку из темного стекла с ту- бусом и выходящей из него трубочки с зажимом. Заливается сверху вазелиновым маслом, а если его нет, то чистым турбинным или трансформаторным маслом. Для приготовления 0,2Н раствора соляной кис- лоты 17 мл концентрированной соляной кислоты 12 8- 1?П IG9
(удельный вес 1,19) смешивают в литровой колбе с дистиллированной водой, доводя до 1 л. Для стандартного раствора фосфата (раствора «Б») 0,3752 г химически чистого Na2I1РО4- 12Н2О или 0,1870 г Na2HPO4-2112О, или 0,1433 г КН2РО4 растворяют в 1 л 0,2Н раствора НО. Приготовлен- ные из той или иной соли растворением указанных з_____________________________________________ количеств соли растворы содержат 100 мг/кг РО4 или 0,1 мг/г РО4—. Стандартные растворы Б-5 и Б-25. Из раствора «А» соответствующим разбавлением его 0,2Н рас- твором соляной кислоты готовятся эталонные рас- з___________________________________ творы Б-5 и Б-25 с содержание РО4 соответ- ственно 5 и 25 мг/кг. Приготовление шкалы эталонов. В занумерован- ные одинаковые пробирки вводят определенное ко- личество стандартных растворов, а затем доводят это количество 0,2Н раствором соляной кислоты до 5 мл. При этом получают следующие эталоны: Техника определения. В ряд пробирок, одина- ковых с пробирками стандартной шкалы, вводят по 5 мл испытуемых растворов кислотностью 0,2Н. Во все пробирки стандартной шкалы (где уже имеется по 5 мл раствора фосфата «Б») и во все пробирки с испытуемыми растворами прибавляет- 170
ся, по возможности одновременно, по 5 мл молиб- дата аммония («Б») и по 9 капель хлористого оло- ва. Жидкость в пробирках тщательно перемешива- ют и по истечении 2—3 мин окраску испытуемых растворов сравнивают с окраской стандартных растворов. Если испытуемый раствор по окраске получает- ся более интенсивным, чем последний стандартный (25 мг/кг РО4 ), то исходный раствор разбавляют 0.2Н раствором соляной кислоты и снова произво- дят определение. Номер пробирки, совпадающей по окраске с испытуемыми, указывает на концентрацию ионов з____ РО4 , мг/кг, в испытуемом растворе. Если при- менялось разбавление, то показания шкалы, мг/кг, з____ РО4 следует умножить на количество разбав- лений. Глава 7 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ВОДОПОДГОТОВКИ 33. СВОЙСТВА КИСЛОТ И ОБРАЩЕНИЕ С НИМИ Самые сильные ожоги бывают от кислоты. Сте- пень ожога зависит от концентрации кислоты, ее токсичности и температуры, от чувствительности кожи пострадавшего и продолжительности действия па нее кислоты. При этом различают три степени ожога: I — припухлость и краснота кожи; II — пу- зыри, возможное последующее заболевание кожи; III — глубокие повреждения кожи и омертвление тканей. 12* 171
В жидком и газообразном состоянии — в виде взвешенных в воздухе мельчайших частиц (аэро- золей) — кислоты могут проникать под одежду человека и поражать при этом большую часть тела. При вдыхании аэрозоля происходит раздражение и прижигание слизистых оболочек верхних дыха- тельных путей, при этом появляются хрипота и ка- шель. При попадании брызг кислоты на глаза воз- можна полная или частичная потеря зрения. Наиболее опасной из применяемых в промыш- ленности котельных кислот является серная кисло- та. Это маслянистая жидкость. Чистая серная кис- лота бесцветна, а техническая имеет коричневый цвет. При смешении ее с водой выделяется боль- шое количество тепла. Серная кислота применяет- ся в котельных, имеющих Н-катионитные схемы химводоочистки. Для получения водного раствора кислоты в лаборатории следует ее тонкой струйкой вливать в холодную воду и размешивать. Ни в коем случае нельзя воду лить в серную кислоту, так как она начнет бурлить и разбрызгиваться. Фосфорная кислота — бесцветная неядовитая жидкость. Соляная кислота — дымящаяся бесцветная жид- кость. Хромовая кислота (хромовый ангидрид) — бе- лый порошок, очень ядовитый. Пары и аэрозоли хромовой кислоты и хромовых соединений отрав- ляют организм человека. При соприкосновении с маслами хромовая кислота взрывоопасна: она вы- зывает воспламенение масел, нефтепродуктов и других горючих веществ. Кислоты разрушают хлопчатобумажную ткань. Индикатором присутствия кислоты в воздухе яв- ляется фенолфталеин, меняющий в ее присутствии свой цвет. 172
В промышленную котельную, имеющую Н-ка- тионитные установки, серную кислоту в основном доставляют в железнодорожных цистернах. Цис- терны оборудованы предохранительным клапаном, запорной арматурой, сифоном для слива и перели- ва кислоты. Наиболее опасна для персонала опе- рация слива кислоты. Кислоту сливают через си- фон, установленный в загрузочном люке вверху цистерны. Правилами техники безопасности за- прещается сливать кислоту через нижний кран, так как при внезапном повреждении деталей нижнего спуска практически авария неизбежна. Для слива или перелива серной кислоты запре- щается применять резиновые шланги, так как ре- зина может разрушиться под ее воздействием. За перекачкой кислоты неотлучно должен наблюдать рабочий. В бутыли кислота наливается через воронку с воздухоотводящей трубкой и предохранительным щитком. Бутыли используются только для перенос- ки или перевозки малых количеств кислоты. Буты- ли ставятся в корзины с двумя ручками или дере- вянные ящики. Пространство между бутылью п корзиной обкладывают стружкой, соломой или опилками. Следует особое внимание уделять каче- ству закрытия бутылей. Их нужно плотно закры- вать стеклянными или керамическими пробками или капроновыми крышками на резьбе. Бутыли переносят вдвоем за ручки корзины. Нельзя охва- тывать бутыль, держать ее на спине, переносить бутыли с кислотой по временным переходам или лестницам. Если кислоту пролили на пол, ее надо немед- ленно нейтрализовать и удалить. Это место посы- пают содой или негашеной известью, после чего убирают лопатой и тщательно промывают водой. 173
При попадании кислоты на одежду ее смывают струей воды, нейтрализуют 2—3%-ным раствором соды и опять промывают водой. Если кислота попала на тело, ее немедленно надо снять сухой тряпкой или ватой, промыть этот участок тела водой или 2%-ным раствором бикар- боната натрия. При попадании брызг кислоты в глаза их обильно промывают водой, а затем 0,5%-ным раствором бикарбоната натрия. Степень ожога главным образом зависит от своевременно- сти и правильности оказания помощи. В любом случае после ожога кислотой необходимо обращать- ся в медпункт. Персонал, который занят на работах с кисло- тами, должен надевать грубошерстный костюм и головной убор, резиновые сапоги и перчатки, а так- же прорезиненный фартук. Брюки надеваются по- верх сапог. При уборке пролитой кислоты на лицо надевается пропитанная содовым раствором по- вязка. Глаза защищают специальными очками от брызг кислоты. 34. СВОЙСТВА ЩЕЛОЧЕЙ И ОБРАЩЕНИЕ С НИМИ Ожоги вызывают также и щелочи. При этом слой кожи омыляется и белковые вещества раство- ряются. Характерная особенность ожогов щело- чью — это большая глубина повреждения. Щелочи разрушают шерстяные ткани. Каустик (едкий натрий) — щелочь твердого кристаллического строения. Соприкасаясь с влаж- ной кожей, твердые щелочи действуют как сильно концентрированные растворы. Особенно опасно по- падание кусочков щелочи в глаза и волосы, так как это приводит к тяжелым заболеваниям. 174
Каустик обычно хранят в металлических бара- банах. При вскрытии следует опасаться попадания мелких кусочков каустика в глаза или на тело. Крышки барабанов (бочек) с каустиком нельзя вы- рубать зубилом. Надо пользоваться специальным инструментом. При раскалывании крупных кусков каустика необходимо их обертывать мешковиной для предотвращения разлетания мелких кусочков. Если необходимо растворить весь находящийся в барабане каустик, вскрытый барабан опрокиды- вают, устанавливают над люком бака для раство- ренного каустика и заводят в него трубу, по кото- рой подают пар. Каустик при этом растворяется и стекает из барабана в бак в виде концентрирован- ного раствора. Рабочий, работающий со щелочами, должен на- девать хлопчатобумажную производственную одеж- ду и головной убор, резиновую обувь и перчатки, а также прорезиненный фартук. Глаза должны за- щищаться очками. При попадании щелочи на тело ее следует быстро снять ватой или тряпкой, про- мыть водой и затем 1%-ным раствором уксусной кислоты для нейтрализации щелочи. Разлитую крепкую щелочь следует засыпать песком и уда- лить лопатой. Негашеная известь и каустический магнезит при попадании на кожу вызывают ожог. Пыль этих ве- ществ вредно воздействует на органы дыхания и зрения. Негашеную известь и каустический магне- зит необходимо хранить в закрытых, хорошо венти- лируемых складах. Места гашения извести хорошо вентилировать. При гашении извести рабочий дол- жен надевать брезентовый костюм, резиновую обувь, рукавицы, защитные очки, а для защиты органов дыхания применять респиратор. 176
Так как работа со щелочами опасна, то во вре- мя работы за рабочими наблюдает компетентный работник, оказывающий им первую помощь при не- обходимости. Перед началом работ он должен убедиться, что все защитные средства находятся на- готове, а рабочие умеют ими пользоваться. Перед началом работ рабочие проходят инструктаж. 35. ОБРАЩЕНИЕ СО СТЕКЛЯННОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПОСУДОЙ Со стеклянной посудой необходимо обращаться с предосторожностью. Перед надеванием резино- вых трубок на стеклянные их концы надо смачи- вать водой, потому что вода — хорошая смазка для резины. Натягивая резиновую трубку на стеклян- ную, не следует прикладывать к ней усилия на из- гиб. При отрезании стеклянной трубки или палоч- ки ее предварительно надрезают напильником. За- тем, взяв трубку обеими руками на расстоянии 1 см от надреза, легким нажатием ломают ее. При сборке химических приборов в горлышки склянок вставляют предварительно обжатые кор- ковые пробки. Для этого склянку обертывают поло- тенцем, держат ее левой рукой вблизи горлышка, а правой медленно со слабым нажимом загоняют пробку в горлышко. Резиновую пробку подбирают по размеру отверстия в горлышке. При сверлении отверстий в резиновых пробках применяется вазелин для смазки сверла, так как это облегчает сверление. Иногда притертые стеклянные пробки трудно вытащить из горлышка. Чтобы ее вытащить, нужно быстро прогреть горлышко смоченной в кипятке тряпкой, так как оно при этом расширяется и проб- ка легко вытаскивается. Правилами техники без- 176
опасности запрещено пользование бутылями или посудой, имеющими даже незначительные трещины. 36. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ОБРАЩЕНИИ С ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИМИСЯ ЖИДКОСТЯМИ Эфиры, спирты, бензин, бензол, ацетон и неко- торые другие являются легковоспламеняющимися жидкостями, так как у них температура вспышки ниже 45° С. Горючие жидкости имеют температуру вспышки выше 45° С. Белый и красный фосфор (твердый порошок) самовоспламеняются при со- прикосновении с воздухом. Для их хранения необходимо иметь сухое, вен- тилируемое помещение из несгораемого материала. В лаборатории огнеопасные вещества следует со- держать в герметически закрытой посуде и хра- нить в специальном шкафу с надписью «Огнеопас- ные вещества». Хранить в лаборатории разрешает- ся не более I кг каждого из огнеопасных веществ, однако не более 3—4 кг в обшей сложности. Работая с огнеопасными веществами, в поме- щении запрещается курить или пользоваться от- крытым огнем. Для нагрева лучше и безопаснее использовать водяные бани или, в крайнем случае, электрические нагреватели с закрытой спиралью. Работу с применением растворителей (бензола и др.) необходимо выполнять в вытяжном шкафу. С ними нужно обращаться очень осторожно, нельзя проливать на пол или одежду, потому что они мо- гут мгновенно вспыхнуть. При попадании растворителя на одежду ее не- обходимо сменить. Персонал должен немедленно покинуть помещение, если растворитель пролит. Его следует быстро убрать и хорошо проветрить помещение. 177
ПРИЛОЖЕНИЯ Таблица П1 «Утверждаю» Главный инженер _____________ , завода (фабрики) «____» ________________.19... г. Карта водио-химического режима котла типа ДКВР-6,5-13 ст. К» ______________________ котельной _______________________ завода (фабрики) Показатель Единица изме- рения Величина I Гримсчапие Паронроизводи- т/ч 6,5 Для топлива, ис- тельность пользующего газ Давление пара: номинальное МПа 1,3 разрешенное 1,3 рабочее 1 Уровень воды в ММ 0±50 0 — середина водо котле указательного стекла Питательная вода- жесткость, не более содержание мкг экв/кг 20 кислорода, не более мкг/кг 100 содержание уг- МКГ кг Отсутст- лекислого газа вует содержание масла, не более мг/кг 5 Котловая вода: Источник воды: артезианская скважина щелочность об- щая мг-экв/кг 25 Щелочность 4,5 мг зкв/кг 178
Продолжение табл. П1 Показатель Единица изме- рения Величина Примечание солесодержание (сухой остаток) мг/кг 3000 Жесткость 6 мг-экв/кг относительная щелочность Продувка: % 20 общая % 10 Хлориды 360 мг'кг Солесодержание (сухой остаток) 545 мг/кг; периодическая В смену 1 раз Шламовая, допол- нительная или не- прерывная — по указанию лаборан- та при ухудшении качества котловой воды Возврат конденса- та Остановка котла: % 50 на капитальный ремонт В год 1 раз на текущий ре- монт В квартал 1 раз Примечание Для снижения относительной щелочности ниже 20% рекомендуется внедрить NaCI-ионизирование исходной воды» для чего иеоб ходимо приобрести 1600 кг анионита. » 19 . . .г. 179
Таблица П2 Режимная карта работы деаэратора атмосферного давления типа ДСА-50 в котельной _______________________ завода (фабрики) (образец) Показатель Единица измерения Величина Производительность м3/ч 50 Давление умягченной воды МПа 0,25 Давление греющего пара: МПа минимальное 0,12 максимальное 0,2 Давление в деаэраторе: МПа минимальное 0,01 максимальное 0,04 Расход пара на деаэрацию 1 м3 воды кг/м3 25—30 Расход пара на деазрацию: при минимальной нагрузке1 т/ч 0,25—0,3 при максимальной нагрузке т/ч 1,25—1,5 Температура деаэрированной воды °C 103—104 Температура деаэрированной воды после теплообменника (перед насоса- ми) °C 80—85 Температура умягченной воды: до теплообменника °C 20 после теплообменника °C 26 Содержание кислорода в деаэрирован- ной воде мкг/кг 100 Содержание углекислого газа в деаэ- рировашюй воде мкг/кг Отсут ствует Минимальная нагрузка — 20% номинальной. 180
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Бугай И. П. Коммунальные и бытовые отопительные котель- ные Киев, «Будгвельник», 1966. 216 с. с ил. Вихрев В. Ф., Шкроб М С. Водоподготовка. М., «Энергия», 1973 416 с. с ил. Воронина А А., Щебенка Н. Ф. Техника безопасности при мон- таже и эксплуатации теплоэнергетических установок. М., «Высшая школа», 1972. 152 с с ил. Г амер П., Джексон Д., Се pet он И. Очистка воды для промыш- ленных предприятий. М., Стройиздат, 1968. 416 с. с ил. Кибрик П. С., Либерман Г. Р. Эксплуатация котельных уста- новок небольшой производительности М, «Энергия», 1969. 358 с. с ил. Кожинов В Ф. Очистка питьевой и технической воды. М., Стройиздат, 1971 302 с. с ил. Мещерский Н А Контроль водного режима на электростан- циях и в котельных. М„ «Энергия», 1970. 272 с. с ил. Онищенко И П Техника безопасности при эксплуатации ко- тельных установок. М., Стройиздат, 1971 234 с. с ил. Панин В. И. Котельные установки малой и средней мощности. М., Стройиздат 1968 432 с. с ил Проценко П. С., Штоффер А. 3. Эксплуатация котельных ма- лой мощности. М., Стройиздат, 1971. 152 с. с ил. Соловьев 10. П., Михельсон А. И. Вспомогательное оборудо- вание ТЭЦ, центральных котельных и его автоматизация. М., «Энергия» 1972 252 с. с ил. Справочник химика-энергетика. Под ред. С. М. Гурвича. Т. 1 М„ «Энергия». 1972. 455 с. Стоцкий Л. Р Кочегар котельных на жидком и газообразном топливе. М, «Недра», 1969 383 с. с нл. Субботина Н. П. Водный режим и химический контроль на тепловых электростанциях М, «Энергия», 1974. 326 с. с ил. Таубе П. Р., Баранова А Т Практикум по химии воды. М., «Высшая школа», 1971. 126 с. с ил.
ОГЛАВЛЕНИЕ Стр. Предисловие............................................ 3 Глава 1 Примеси, содержащиеся в природной воде, и условия образования накипи в паровых котлах 5 1. Виды примесей . . ...................... 5 2. Основные показатели качества воды............... 8 3. Водный режим и накипеобразование в паровых котлах............................................ 13 Глава 2 Технология водоподготовки..................... 20 4. Осветление воды фильтрованием . .... 20 5. Методы умягчения воды.......................... 22 6 Основные аппараты водоподготовки и их назна- чение .......................................... 29 7. Схемы водоподготовительных установок промыш- ленных котельных . ...................... 42 8. Эксплуатация оборудования водопод! отовки 47 9. Контроль за работой кагиопитных фильтров 67 10. Неисправности в работе водонодготовительиого оборудования и их устранение....................... 69 11. Впутрнкотловая обработка воды.................. 78 Глава 3 Коррозия металла оборудования и удаление из воды коррозионно-активных газов (деаэрация) 88 12. Коррозия металла оборудования.................. 88 13 Коррозия узлов химводоочистки.................. 92 14. Коррозия тракта питательной воды и конденса- топроводов......................................... 93 15. Коррозия поверхностей нагрева паровых котлов 97 16. Пассивация котловой воды.......................103 17. Методы консервации котлов во время простоя 105 18. Термическая деаэрация питательной воды . . . 109 19 Химическое обескислороживание воды .... 125 Глава 4. Удаление отложений с внутренних поверх- ностей нагрева теплоэнергетического оборудования 126 20. Очистка внутренних поверхностей нагрева котлов и теплообменников ................................... 126 21. Расчет расхода реагентов на кислотную про- мывку .............................................133 22. Промывка naponepei ревателей от солевых отло- жений ............................................ 135 Глава 5. Содержание химического контроля водоподго- 182
товки и водного режима паровых котлов .... 137 23. Объем оперативною ручного контроля .... 137 24. Объем периодического контроля................ 144 25 Отбор проб и отборные устройства . . . 149 Глава 6. Определение основных химических показате- лей умягченной и котловой воды....................154 26. Определение общей жесткости воды комплексо- метрическим методом...........................154 27. Определение общей щелочности воды .... 158 28 Определение хлоридов в воде ... ... 161 29. Определение сухого остатка .................. 162 30. Определение содержания свободной углекислоты 163 31. Определение содержания кислорода .... 164 32. Определение фосфатов в котловой воде ... 168 Глава 7 Техника безопасности при эксплуатации обо- рудования водоподготовки......................... 171 33. Свойства кислот и обращение с ними........171 34. Свойства щелочей и обращение с ними .... 174 35. Обращение со стеклянной химической посудой . 176 36. Меры безопасности прн обращении с легковос- пламеняющимися жидкостями..................177 Приложения.......................................178 Список литературы................................181