Лабораторная работа №4
Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА КОТЛОВОЙ И ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫМЕТОДИКАМИ DREW MARINE, VECOM MARINE И ЛАБОРАТОРИЕЙ SPECTRAPAK 309
Цель: Определение качества котловой воды с помощью методик Drew Marine, Vecom Marine, рекомендации по водному режиму. Определение качества охлаждающей воды ДВС с помощью судовой лаборатории Spectrapak 309 фирмы UNITOR.
Теоретический материал
В котле происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию пара, используемую для совершения работы. Общим для всех котлов является то, что к воде подводится тепло для получения пара, который затем используется для совершения работы на судне.
Дизели зависят от отсутствия накипи на теплопередающих поверхностях, предназначенных для охлаждения.
Их объединяет необходимость решения проблем накипеобразования и коррозии, несмотря на то, что некоторые формы коррозии более характерны для котлов высокого давления, в то время как другие чаще встречаются в дизелях.
Для эффективной эксплуатации оборудования для получения пара и систем охлаждения необходима постоянная обработка воды в связи с тем, что получение воды в испарителе, механическая деаэрация не позволяют удалить из воды все вредные примеси.
Основными целями управляемой программы обработки воды в любой энергетической установке являются:
· Поддержание теплопередающих поверхностей со стороны воды в парообразующих и охлаждающих системах в чистоте и без накипи;
· Предотвращение потери металла из-за коррозии;
· Обеспечение производства пара в котлах без вскипания, пенообразования и уноса примесей;
· Предотвращение образования отложений в системе пар-конденсат;
· Уменьшение потерь тепла при излишнем продувании котлов;
· Поддержание всего парообразующего и вспомогательного оборудования и связанных с ним паровых водяных систем на уровне их максимальной эффективности и, таким образом, уменьшение затрат.
Коррозия металлов
В судовых силовых установках в качестве материалов используются как сплавы на основе железа, так и не содержащие железо. Все эти металлы при контакте с водой медленно корродируют, если вода не подвергается надлежащей обработке. Высокая температура и давление увеличивают скорость коррозии. Целью любой комплексной программы обработки воды является защита от коррозии всего оборудования, как во время работы, так и выведенного из эксплуатации.
Коррозия представляет собой результат химического или электрохимического воздействия воды или воздуха на металл. На скорость коррозии оказывают влияние примеси различных веществ, содержащиеся в металле и воде. Обработанные должным образом чистые вода и металл уменьшают скорость коррозии. Если вода не обработана должным образом, в ней коррозируют все металлы. В котельных установках причиной коррозии чаще всего являются растворенные газы, неправильный уровень pH, ионы хлора, и механические причины. Ниже рассмотрены основные химические реакции коррозии.
Характеристики и типы коррозии
Коррозия определяется как разрушение металла или сплава, или ухудшение его характеристик, вызванное взаимодействием с окружающей средой. Основные повреждения, вызываемые коррозией:
· Питтинг – отдельные местные разрушения металла, характеризующиеся образованием круглых глубоких раковин на его поверхности. Питтинг считается одной из самых серьезных форм коррозии и часто рассматривается совместно с кислородной коррозией.
· Общая коррозия – утонение или потеря металла, при котором толщина металла заметно уменьшается на значительной площади поверхности.
· Подшламовая коррозия – быстро протекающая коррозия, которая имеет место под слоем накипи или шлама. Быстрое протекание подшламовой коррозии объясняется чрезвычайно высокой концентрацией щелочи под слоем накипи или шлама.
· Щелочное растрескивание – местная форма коррозии или физического разрушения, при которой происходит изменение фактуры металла, заключающиеся в образовании трещин на границах зерен.
· Охрупчивание – изменение в результате коррозии физических свойств металла, его кристаллической и межкристаллической структуры, вызывающие потерю металлом его прочностных свойств, в результате чего он становится хрупким.
· Избирательная коррозия – вымывание из сплава одного из металлов.
Газовая коррозия
В программах водообработки в первую очередь принимаются во внимание три газа: кислород, двуокись углерода и аммиак.
Кислород является одним из наиболее нежелательных газов, которые поступают в систему (до котла, непосредственно в котел и после котла). Кислород растворяется в воде и вызывает коррозию, протекающую с высокой скоростью. Скорость кислородной коррозии зависит от концентрации растворенного кислорода, величины pH, и температуры воды.
Кислород вступает в реакцию с железом на поверхности металла с образованием окисла железа красного цвета (Fe3O4). В связи с тем, что этот окисле (ржавчина) является рыхлым и не защищает поверхность металла, процесс коррозии продолжается. Если не будут приняты защитные меры, то в конечном итоге вся металлическая конструкция будет преобразована в окисел.
Часто коррозия носит локальный характер, выражающийся в питтинге. До тех пор, пока поверхность металла не будет тщательно очищена химическим или механическим способом, реакция коррозии будет протекать под слоем рыхлого окисла и может носить проникающий характер.
Двуокись углерода: большая часть двуокиси углерода в водяных системах судовых энергетических установках образуется в испарителях. При нагревании морской воды, растворенные в ней карбонаты (CO3) и бикарбонаты (HCO3), разлагаются с образованием двуокиси углерода (CO2).
Углекислый газ вместе с паром выходит из испарительной части и растворяется в дистиллате. Углекислый газ вступает в реакцию с водой с образованием угольной кислоты, которая уменьшает pH воды, ускоряет процессы общей коррозии в питательной воде и в конечном итоге во всей системе пар-конденсат.
Угольная кислота (H2CO3) – это слабая кислота, которая вступает во взаимодействие со сталью в питательной и конденсатной системах с образованием бикарбоната железа (Fe(HCO3)2). Бикарбонат железа представляет собой хорошо растворимое вещество, не обладающее защитным или пассивирующими свойствами.
Угольная кислота вызывает общую коррозию, для которой характерны образование продольных канавок в нижней части труб, общее утонение труб и, в частности потери металла в напряженных частях, таких как изгибы труб и участках, имеющих резьбу.
Аммиак: в присутствии кислорода аммиак вступает во взаимодействие с металлами на основе меди. К коррозии приводит только совместное действие этих газов. Коррозионная активность аммиака может быть минимиризирована исключением содержания кислорода в воде.
Аммиак образуется в результате декомпозиции органических веществ, а также в результате разложения избыточного гидразина.
Основные позиции, которые необходимо контролировать при работе установки, чтобы уменьшить поступление в систему вызывающих коррозию газов:
· Проверьте все точки возможного поступления воздуха в части установки, предназначенные для конденсации и находящиеся под вакуумом (т.е. поврежденные фланцы, прокладки, сальниковые уплотнения клапанов, открытые дренажные клапаны на линиях возврата конденсата, недостаточное давление пара в системе укупорки, неудовлетворительная работа конденсатоотводчиков и т.д.);
· Проверьте температуру воды в танках, работающих при атмосферном давлении. В связи с тем, что O2, CO2 в газообразном виде хорошо растворяются в холодной воде, воду в танках под атмосферным давлении следует подогреть до максимально высокой температуры, возможной без опасности образования паровых пробок во всасывающих линиях насосов;
· Избегайте подвода дренажей с высокой концентрацией кислорода в танки или любые другие точки, откуда они могут быть использованы в качестве добавочной воды;
· Проверьте работу деаэрирующего подогревателя. Один термометр должен быть установлен в паровом пространстве, а другой – в водяном пространстве деаэратора. При правильной работе установки значения температур в водяном и паровом пространствах должны отличаться не более, чем на один или два градуса С. Если это условие не выполняется, производите проверку термометров и при необходимости их замените. Если и после проверки разность температур сохранится, установка при первой возможности должна быть вскрыта и осмотрена для установления причины.
· Обеспечьте удаление газов из деаэрирующего подогревателя в атмосферу.
· Проверьте, что распыливающие сопла в деаэраторе не забиты, не изношены и не сломаны, что пружины исправны. Плохой распыл приводит к плохой деаэрации независимо от температуры.
· При вводе в систему добавочной воды: а) вводите добавочную воду как можно медленнее. При слишком быстром вводе добавочной воды деаэратор может быть перегружен, что приведет к невозможности минимизации концентрации O2, CO2. б) более высокая температура в танке добавочной питательной воды уменьшает содержание O2, CO2.
· Для максимальной защиты от остаточного содержания O2, CO2 используйте средства химической обработки воды. В то время, как механическая деаэрация питательной воды является основным средством уменьшения концентрации растворенных кислорода и других газов, вызывающих коррозию, таких как аммиак и двуокись углерода, необходима химическая обработка воды.
Кислотная коррозия
Кислотная коррозия трубок и барабанов котлов обычно проявляется в форме общего утонения всей поверхности металла. Кислотная коррозия имеет место в случае, когда в питательную воду попадает вода, содержащая соли, унесенные в испарителе, или протечки морской воды в конденсаторе. При поступлении в систему котловой воды содержащегося в морской воде хлористого магния (MgCl2), происходит диссоциация его с образованием ионов магния и хлора. Ионы хлора взаимодействуют с ионами водорода, что приводит к уменьшению уровня pH котловой воды и кислотной коррозии поверхности металла.
Ионы магния взаимодействуют с фосфатами и ионами гидроксила, если они имеются в воде, с образованием шлама. Ионы магния вступают в реакцию только с ионами фосфатов с образованием фосфата магния – мягкого липкого осадка, который имеет тенденцию удерживать все другие осадки на поверхности труб.
Все отложения на поверхности труб ухудшают передачу тепла и способствуют возникновению условий их разрушения. В воде, удерживаемой на напряженной теплопередающей поверхности под этими отложениями, будет увеличиваться концентрация кислоты или щелочи. В этом случае скорости коррозии становятся очень большими и в течение очень короткого времени происходят серьезные местные повреждения.
Водородное охрупчивание
Этот тип коррозии заключается в охрупчивании или растрескивании металла труб, нарушении структуры металла.
Ионы водорода образуются в результате повышения концентрации кислот под слоем твердого осадка. Ионы водорода – самые маленькие из всех элементов и могут проникать через границы зерен металла труб. Они вступают в реакцию с атомами углерода, имеющимися в стали, с образованием метана.
Метан имеет большие молекулы газа, которые вызывают образование давления внутри металла. Высокое давление, наряду с ослаблением связей, вызванным вымыванием графита, побуждают зерна стали к отделению. Таким образом, в металле образуются трещины.
Водородное охрупчивание развивается очень быстро. Металл труб разрушается, когда поврежденная часть не может более противостоять внутреннему давлению.
Щелочная коррозия
Щелочная коррозия характеризуется неоднородным характером разрушения металла. Ее часто называют «щелочное растрескивание».
Щелочная коррозия является следствием избыточного содержания свободных ионов гидроксила в котловой воде, на что указывает очень высокое значение pH.
Подобно кислотной, щелочная коррозия может возникать под слоем отложений, образующихся на теплопередающих поверхностях, способствующих повышению концентрации ионов гидроксила и вызывающих развитие местной коррозии.
Щелочная коррозия имеет место в горизонтальных или наклонных трубах, когда из-за сильного кипения или сепарации пара и воды их внутренняя поверхность оказывается покрытой паром. Котловая вода, содержащая ионы гидроксила, может в виде брызг попадать на покрытые паром поверхности нагрева, на которых после упаривания воды увеличивается концентрация ионов гидроксила.
Каустическое растрескивание
Эта форма коррозии является разновидностью межкристаллитного растрескивания. При вступлении воды, имеющей высокую концентрацию каустической щелочи, в контакт со сталью, испытывающей механические напряжения, возникает межкристаллитная коррозия. (Металлы могут быть подвергнуты релаксации остаточных напряжений). Коррозия этого типа имеет место на границах кристаллов металла или сплава.