Полиэтиленполиамино- N -метилфосфоновые кислоты имеют общую формулу
n – степень полимеризации
Общие выводы.
Отечественная промышленность выпускает большое количество препаратов для коррекционной обработки воды теплоэнергетических систем. Эти препараты во многом отличаются друг от друга химическим строением, физическими свойствами, областями применения, дозировками, активностью ингибирования коррозии и накипеобразования. Ассортимент препаратов, выпускаемых отечественной промышленностью, достаточно широк для того, чтобы обеспечить успешную эксплуатацию практически любой промышленной или жилищно-коммунальной теплоэнергетической системы в комплексонном водно-химическом режиме.
Вопрос о выборе основного и резервного препаратов для коррекционной обработки воды в каждом конкретном случае является одним из основных вопросов как при проектировании новых, так и при реконструкции существующих теплоэнергетических систем. Вполне точный и обоснованный выбор препаратов и их дозировки может быть сделан только в результате лабораторного исследования, а также расчёта температурных и концентрационных полей в реальном теплоэнергетическом оборудовании. Поэтому внедрению комплексонного водно-химического режима в каждом конкретном случае должна предшествовать соответствующая научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа. При этом следует учитывать, что эта работа является первым этапом внедрения комплексонного водно-химического режима, и от тщательности выполнения этой работы зависит успех всего дела.
Дозирование комплексонов и дозирующие устройства
Общие положения и схемы дозирования
Сущностью дозирования и основной целью использования дозирующих устройств является введение в воду теплоэнергетических систем комплексона в количестве, необходимом для предотвращения образования накипи и постепенного растворения ранее образовавшихся отложений накипи и продуктов коррозии.
Учитывать потери комплексона в результате его термического распада, взаимодействия с металлическими поверхностями теплоэнергетического оборудования и с существующими отложениями накипи и продуктов коррозии, как правило, не следует.
Современные комплексоны (например, НТФ), выпускаемые отечественной промышленностью, устойчивы при температуре до 200°С. Указанный предел термостойкости является достаточным для применения комплексонов во всех без исключения водяных тепловых сетях, водогрейных котлах и паровых котлах низкого давления. Более высокие параметры воды встречаются, в основном, в электроэнергетике. Поэтому никогда не следует учитывать термический распад комплексона в теплоэнергетических установках жилищно-коммунального назначения; и почти никогда — в теплоэнергетических установках промышленного назначения. Попутно отметим, что при испарении воды комплексоны не переходят в паровую фазу (за исключением случаев сильного брызгоуноса и использования распылительных пароохладителей). Поэтому комплексонный водно-химический режим не влияет на возможность применения и режимы работы пароперегревателей.
Взаимодействие комплексонов с металлическими поверхностями теплоэнергетического оборудования (комплексонная коррозия металла) при использовании современных комплексонов, выпускаемых отечественными предприятиями, возможно только при концентрациях комплексона порядка 1000 мг/дм3 и более, что соответствует чрезвычайно сильной передозировке комплексона (в 100 и более раз). В нормальных условиях при правильной дозировке комплексона во всём интервале режимов работы теплоэнергетического оборудования взаимодействие комплексона с металлическими поверхностями столь ничтожно, что не может быть ни в коей мере принято во внимание.
Комплексон, дозируемый в воду тепловых сетей, взаимодействует с отложениями накипи и продуктов коррозии по следующей схеме:
,
где L — анион комплексона, Kat — катион комплексонной композиции, Me — металл, присутствующий в отложениях накипи и продуктов коррозии. При этом образуются растворимые продукты типа LMe (комплексонаты), переходящие в воду тепловых сетей. Можно отметить, что концентрация анионов комплексона в растворе при этом не изменяется. Соединения LMe комплексонов с металлами, переведёнными в раствор из отложений накипи и продуктов коррозии (комплексонаты) достаточно прочны и не способны к дальнейшему участию в обменных реакциях. Однако при этом (особенно для многозарядных анионов L) сохраняется ингибирующая активность по отношению к образованию зародышей кристаллизации солей, образующих накипь. Поэтому, достигнув одной из целей комплексонного водно-химического режима (растворение отложений накипи и продуктов коррозии), комплексон остаётся активным и для достижения другой цели — ингибирования накипеобразования.
Следовательно, вводить дополнительную дозу комплексона для компенсации взаимодействия комплексона с существующими отложениями накипи и продуктов коррозии не нужно.
Концентрация комплексона в воде тепловой сети должна определяться по формуле
где с — концентрация комплексона, мг/дм3; т — масса комплексона, введённого в воду, г; Vр — объём воды, введённой в тепловую сеть, м3.
Все применяемые в теплоэнергетике устройства для дозирования комплексонов рассчитаны на жидкое агрегатное состояние дозируемого реагента. Поэтому при дозировании комплексонов, поставляемых предприятием-изготовителем в твёрдом агрегатном состоянии (в порошке), их растворяют в воде. Для растворения следует применять воду с температурой 40...60°С. Концентрация рабочего раствора определяется по формуле
где ср — концентрация рабочего раствора, мг/дм3; тП — масса препарата комплексона, г; сов — содержание основного вещества в препарате, поставляемом предприятием-изготовителем (указано в сертификате), %; Vp — объём приготовленного рабочего раствора, дм3.
Общий принцип дозирования комплексонов в воду теплоэнергетических систем состоит в следующем:
— измерение расхода воды в линии подпитки;
— введение в линию подпитки или в циркуляционный контур комплексона в количестве, рассчитанном для конкретной системы.
Принципиальная схема дозирования комплексонов может быть различной.
На рис. а показана схема дозирования комплексона в однотрубную систему ГВС. Дозирующее устройство 2 включено в нагнетательный трубопровод сетевого насоса 1 перед сетевым подогревателем 3. Таким образом, вода, поступающая в подогреватель, содержит комплексон в количестве, необходимом для предотвращения образования накипи и растворения существующих отложений накипи и продуктов коррозии, как в сетевом подогревателе, так и во всей сети.
На рис. б показана схема, обеспечивающая комплексонный водно-химический режим паровой котельной низкого давления. Здесь сырая вода проходит через дозирующее устройство 2. Затем питательный насос 4 подаёт её в паровой котёл низкого давления 6. Пар отделяется от уносимой в виде брызг воды в сепараторе 7, после чего проходит через пароперегреватель 8 и подаётся потребителям. Вода, отделённая в сепараторе, содержит комплексон в такой же концентрации, в которой его содержит вода в барабане котла. Поэтому она не нуждается в обработке комплексоном и может быть подана во всасывающий трубопровод питательного насоса, минуя дозирующее устройство. Пар, отдаваемый потребителям, не содержит комплексона. Следовательно, возвратный конденсат также не содержит комплексона. Комплексон, введённый в систему, выводится с продувкой парового котла вместе с химически стабилизированными солями жёсткости и продуктами растворения ранее существовавших отложений накипи и продуктов коррозии.
На рис. в и г, приведены варианты схемы дозирования комплексона в замкнутую тепловую сеть — закрытую (система теплоснабжения) или открытую (система ГВС).
На рис. в показана схема включения дозирующего устройства 2 в нагнетательный трубопровод подпиточного насоса 9. Вода, содержащая заданное количество комплексона, поступает в замкнутую тепловую сеть, включающую сетевой насос и сетевой подогреватель или водогрейный котёл 3. Дозирование комплексона предотвращает накипеобразование и обеспечивает растворение существующих отложений накипи и продуктов коррозии во всей системе, включая сетевой насос, сетевой подогреватель или водогрейный котёл и все сетевые трубопроводы. Комплексон и химически стабилизированные соли жёсткости, а также продукты растворения существующих отложений накипи и продуктов коррозии, выводятся из системы с утечками сетевой воды, а в открытой сети, кроме того, с водоразбором у потребителей.
Иной вариант осуществления описанной схемы показан на рис. г. Здесь на линии подпитки установлен датчик расхода подпиточной воды. Сигнал, получаемый от датчика, используется для управления работой дозирующего устройства, которое установлено в замкнутой тепловой сети. В принципе, дозирующее устройство в данном случае может быть установлено в любом месте замкнутой сети, однако удобнее всего установить его в нагнетательном трубопроводе сетевого насоса перед сетевым подогревателем или водогрейным котлом. Данная схема имеет преимущества перед схемой рис. в, в том случае, если применяется импульсное дозирование комплексона.
8.3.2. Дозирующие устройства инжекционного типа
Дозирующими устройствами инжекционного типа (инжекционными дозаторами) называют такие дозирующие устройства, в которых подача заданного количества рабочего раствора комплексона в трубопровод с водой происходит за счёт создания в трубопроводе рабочего раствора большего статического давления, чем статическое давление в трубопроводе воды.
При этом для создания избыточного статического давления в трубопроводе рабочего раствора используют внешний источник энергии. Для преобразования энергии внешнего источника в избыточное статическое давление применяют насосы различных типов. В соответствии с этим, по принципу действия используемых насосов и регуляторов расхода рабочего раствора дозирующие устройства инжекционного типа подразделяют на два основных класса: объёмного и динамического действия.
Дозирующие устройства инжекционного типа:
а — объёмного действия; б — динамического действия.
1 — резервуар с рабочим раствором; 2 — насос объёмного действия; 3 — регулируемый электропривод;
4 — датчик расхода воды; 5 — регулятор; 6 — насос динамического действия; 7 — регулирующий клапан;
8 — исполнительный механизм; 9— датчик расхода рабочего раствора.
На рис. а показана принципиальная схема дозирующего устройства инжекционного типа объёмного действия. Рабочий раствор из резервуара I засасывается и подаётся в трубопровод воды насосом объёмного действия 2. К насосам объёмного действия, используемым для дозирования комплексонов, относятся плунжерные, мембранные, сильфонные, а также (очень редко) шестерёнчатые насосы. Принцип действия плунжерных насосов, в общем, аналогичен принципу действия поршневых насосов.
Мембранные и сильфонные насосы имеют герметичную эластичную камеру, объём которой изменяется под действием приводного механизма, вследствие чего камера периодически заполняется и опорожняется через клапанную головку насоса. Благодаря этому между всасывающим и нагнетательным клапанами насоса возникает перепад давлений.
Шестерёнчатые насосы не имеют клапанной головки, а перепад давлений и поток жидкости создаётся вследствие перемещения и периодического изменения объёмов, ограниченных зубьями двух находящихся в зацеплении зубчатых колёс. Общее свойство насосов объёмного действия таково, что расход рабочего раствора прямо пропорционален частоте вращения привода насоса.
Дозирующие устройства инжекционного типа имеют ряд достоинств, которые предопределили их широкое распространение в электроэнергетике.
К достоинствам дозирующих устройств инжекционного типа относятся высокая точность дозирования и постоянство концентрации комплексона в подпиточном трубопроводе. Это имеет большое значение для некоторых теплоэнергетических систем, например, для однотрубных систем ГВС.
В то же время дозирующие устройства инжекционного типа имеют и принципиальные недостатки. Это сложность конструкции, постоянное потребление энергии и наличие электронных устройств автоматики, которые требуют квалифицированной наладки и обслуживания.
Сложность конструкции предопределяет как высокую стоимость дозирующих устройств, так и высокую вероятность отказа в работе. Поэтому при использовании таких устройств в качестве основной системы водоподготовки для обеспечения бесперебойной работы теплоэнергетической системы необходимо предусматривать полное резервирование. Это может быть обеспечено наличием второго резервного дозирующего устройства, резервной системы водоподготовки иного типа или резервуара с запасом химически обработанной воды обеспечивающим подпитку тепловой сети в течение времени, достаточного для устранения неисправностей и повторной наладки дозирующего устройства. Постоянное потребление электроэнергии из-за необходимости постоянной работы регулятора и дозирующего насоса также является неизбежным недостатком. Наконец, необходимость программирования регулятора и периодического контроля его работы требует наличия на теплоэнергетическом объекте достаточно высококвалифицированного специалиста по автоматике и соответствующего инструментария.
По этим причинам область применения дозирующих устройств инжекционного типа ограничена крупными промышленными котельными и однотрубными системами ГВС в городском жилищно-коммунальном хозяйстве. Замкнутые тепловые сети (как закрытые, так и открытые) и парогенераторные установки гораздо менее чувствительны к колебаниям подачи рабочего раствора комплексона. Поэтому в таких теплоэнергетических системах применяются более простые дозирующие устройства эжекционного типа.