СПОСОБ ОЧИСТКИ И ПАССИВАЦИИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОТЕЛЬНЫХ ТРУБ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ХИМИЧЕСКОГО РЕАГЕНТА И ВОДОКИСЛОРОДНОЙ СМЕСИ
METHOD FOR CLEANING AND PASSIVATION OF INNER SURFACE OF BOILER TUBES WITH SUCCESSIVE EXPOSURE TO CHEMICAL AGENT AND WATER-OXYGEN MIXTURE

Область использования
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для очистки внутренней поверхности котельных труб тепловых электростанций (ТЭС) от отложений и для последующей пассивации этой поверхности.
Отложения на внутренней поверхности котельных труб в виде продуктов атмосферной коррозии котельных сталей образуются в процессе изготовления, транспортировки, хранения и монтажа этих труб. Отложения в виде оксидов железа, фосфатов кальция и др. могут образовываться и в эксплуатационный период вследствие наличия примесей в среде, протекающей в трубах, а также в результате высоких тепловых нагрузок поверхностей нагрева.
Уровень техники
2
Известен способ парокислородной или пароводокислородной очистки и пассивации в выделенном контуре внутренней поверхности котельных труб (RU 2303745, F22B 37/48, 2007 [1] - аналог). К достоинствам способа [1] можно отнести высокую степень его экологической чистоты ввиду отсутствия в чистящей и пассивирующей среде химических реагентов, а также простоту и экономичность технологической схемы, связанные с доступностью компонентов чистящей и пассивирующей среды. К недостаткам данного способа можно отнести относительно небольшую удельную очищающую способность (в пределах 0.5 г отложений на 1 кг пара) и ограничение очищающей способности по плотности исходных отложений (в пределах 500 г/м).
Известен способ очистки внутренней поверхности котельных труб путем их обработки в выделенном контуре горячей чистящей средой на водной основе с введенным в нее химическим реагентом, в качестве которого используют водный раствор комплексонов или их солей, в частности трилон Б - динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) (RU 2313053, F28G 9/00, 2007 [2] - прототип). При этом согласно [2] в качестве горячей чистящей среды на водной основе используется сторонний пар. Основным достоинством ЭДТА и ее солей является универсальность, то есть способность комплексования со всеми катионами, присутствующими в эксплуатационных отложениях, и с продуктами атмосферной коррозии котельных сталей. При практическом применении технологии по способу [2] были выявлены, однако, следующие недостатки:
- для очистки труб котла требуется подача стороннего пара, что технологически сложно и не всегда возможно вообще;
2
2
- при pH паро-химической среды в диапазоне 4,0÷6,0 коррозионные потери с чистой поверхности входных участков котельных труб достигают 600 г/(м·ч) при допустимой величине 5 г/(м·ч);
- ограниченная возможность получения исходной концентрации комлексообразующего вещества в водном растворе из-за его низкой растворимости в температурном интервале 70-80°C;
- ограниченная возможность получения исходной концентрации комплексообразующего вещества в паре из-за возможного достижения при заданном давлении температуры насыщения с конденсацией пара, вызывающей гидроудары в очищаемом контуре;
- низкая удельная очищающая способность (не более 1 г/кг);
- требуются дополнительные мероприятия по пассивации очищенных поверхностей нагрева;
- длительность процесса очистки (пять этапов общей продолжительностью 20 часов);
- относительно большое количество химического реагента, требующее нейтрализации перед выбросом в окружающую среду.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение эффективности очистки внутренней поверхности котельных труб с обеспечением пассивации обрабатываемых поверхностей при упрощении технологии очистки, уменьшении ее длительности и затрат на обеспечение экологической чистоты процесса. Достигаемыми техническими результатами при этом являются повышение чистящей способности химического реагента в результате исключения возможности гидроударов при повышении его концентрации в чистящей среде и создание условий для пассивации обрабатываемой поверхности и уменьшения количества отходов, требующих нейтрализации перед выбросом в окружающую среду.
3
Указанные задача и технические результаты изобретения достигаются тем, что в способе внутренней поверхности котельных труб путем их обработки в выделенном контуре горячей чистящей средой на водной основе с введенным в нее химическим реагентом, в качестве которого используют водный раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, согласно изобретению в качестве указанной горячей среды используют котельную воду при температуре 90÷100°C, водный раствор указанного химического реагента вводят в нее в течение 40÷80 мин до достижения его концентрации в котельной воде 1,0÷1,2% масс. при pH=5,0÷6,0, затем производят доочистку и пассивацию внутренней поверхности котельных труб путем перехода на работу котла в пусковом режиме с повышением давления и температуры котловой воды при pH=8,8÷9,3 соответственно до 3,0÷25,0 МПа и 150÷420°C с дозированием в котловую воду кислорода с концентрацией 1,8÷2,2 г/дм в течение 9÷12 часов с постепенным выводом в течение 40÷80 мин указанного химического реагента из обрабатываемого контура.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками заявляемого изобретения и достигаемыми им техническими результатами заключается в следующем:
- введение водного раствора трилона Б не в пар, как это предусмотрено прототипом [2], а в котельную воду при температуре 90÷100°C в течение 40÷80 мин до достижения концентрации последнего в воде 1,0÷1,2% масс. при pH=5,0÷6,0 повышает чистящую способность химического реагента в результате оптимальных диапазонов параметров и за счет исключения гидроударов, ограничивающих достижение требуемой концентрации химического реагента, а также упрощает технологическую схему очистки за счет устранения необходимости подвода стороннего пара;
3
- переход на пусковой режим работы котла с повышением давления и температуры котловой воды при pH=8,8÷9,3 соответственно до 3,0÷25,0 МПа и 150÷420°C с дозированием в котловую воду кислорода с концентрацией 1,8÷2,2 г/дм в течение 9÷12 часов с постепенным выводом в течение 40÷80 мин указанного химического реагента из обрабатываемого контура позволяет за счет использования в качестве дополнительного реагента кислорода уменьшить количество вводимого в обрабатываемый контур химического реагента, что, с одной стороны, уменьшает количество требующих нейтрализации перед выбросом в окружающую среду отходов со снижением на это соответствующих затрат, а с другой - обеспечивает пассивацию очищенной поверхности. При этом постепенный вывод химического реагента из обрабатываемого контура за относительно короткое время по сравнению с длительностью воздействия водокислородной смесью устраняет отрицательное влияние химического реагента на процесс пассивации. Кроме того, введение кислорода при указанных параметрах котловой воды позволяет существенно сократить длительность всего процесса очистки и пассивации.
Подробное описание изобретения
3
2
2
В узле приготовления химического реагента готовили водный раствор трилона Б при температуре 90÷100°C при pH=5,0÷6,0. Указанный раствор вводили с помощью насоса-дозатора в котельную воду обрабатываемого контура, снабженного циркуляционным контуром, в течение 40÷80 мин до достижения концентрации реагента в воде 1,0÷1,2% масс. После этого произвели доочистку и пассивацию внутренней поверхности котельных труб путем перехода на работу котла в пусковой режим с повышением давления и температуры котловой воды при pH=8,8÷9,3 соответственно до 3,0÷25,0 МПа и 150÷420°C с дозированием в котловую воду кислорода с концентрацией 1,8÷2,2 г/дм в течение 9÷12 часов. При этом осуществляли постепенный вывод в течение 40÷80 мин указанного химического реагента из обрабатываемого контура. Удельная загрязненность котельных труб до очистки находилась на уровне 384÷720 г/м. После очистки загрязненность снизилась до 27÷55 г/м. Время очистки составило около 9,5÷13,5 часов. Результаты очистки котельных труб по предлагаемому способу для трех примеров 1-3 приведены в соответствующих таблицах 1-3.
Таким образом, способ согласно изобретению по сравнению с прототипом [2] обеспечивает высокую эффективность очистки и пассивации с сокращением продолжительности очистки примерно в 2 раза с соответствующим уменьшением примерно в 6 раз расхода трилона Б и уменьшением примерно в 35 раз коррозии металла. Сокращение времени обработки трилоном Б достигается за счет отсутствия необходимости полного растворения отложений на этапе №1. Эффект достигается за счет реакции трилона Б с двуокисью железа (FeO), которая является подложкой (связывающим звеном) между металлом и отложениями. Кроме того, в результате пассивации на поверхности металла образуется коррозионно-стойкая защитная пленка, которая предохраняет металл от коррозии как во время дальнейшей эксплуатации оборудования, так и при его останове на ремонт или в резерв.
Пример №1
Таблица 1
Наименование параметра и его единица измерения
Значение параметра
Удельная загрязненность до очистки, г/м<sup>2</sup>
384,0
Этап №1. Очистка трилоном Б
Температура раствора, °C
90,0
pH раствора
5,0
Время ввода реагента, мин
40,0
Расход трилона Б, т
0,6
Окончательная концентрация трилона Б в котловой воде, % масс.
1,0
Этап №2. Доочистка и пассивация водокислородной смесью
Температура котловой воды, °C
232,0
Давление котловой воды, МПа
3,0
pH котловой воды
8,8
Время дозирования кислорода в котловую воду, час
9,0
Концентрация кислорода в котловой воде, % масс
1,8
Время вывода трилона Б из обрабатываемого контура, мин
40,0
Удельная загрязненность после очистки, г/м<sup>2</sup>
33,0
Коррозия металла труб, г/м<sup>2</sup>ч
19,0
Пример №2
Таблица 2
Наименование параметра и его единица измерения
Значение параметра
Удельная загрязненность до очистки, г/м<sup>2</sup>
510,00
Этап №1. Очистка трилоном Б
Температура раствора, °C
95
pH раствора
5,5
Время ввода реагента, мин
60,0
Расход трилона Б, т
0,5
Концентрация трилона Б, % масс
1,1
Этап №2. Доочистка и пассивация водокислородной смесью
Температура котловой воды, °C
316,0
Давление котловой воды, МПа
11,0
pH котловой воды
9,0
Время дозирования кислорода в котловую воду, час
10,5
Концентрация кислорода в котловой воде, % масс
2,0
Время вывода трилона Б из обрабатываемого контура, мин
60,0
Удельная загрязненность после очистки, г/м<sup>2</sup>
55,0
Коррозия металла труб, г/м<sup>2</sup>ч
17,0
Пример №3
Таблица 3
Наименование параметра и его единица измерения
Значение параметра
Удельная загрязненность до очистки, г/м<sup>2</sup>
720
Этап №1. Очистка трилоном Б
Температура раствора, °C
100
pH раствора
6,0
Время ввода реагента, мин
80,0
Расход трилона Б, т
0,4
Концентрация химического реагента, % масс
1,2
Этап №2. Доочистка и пассивация водокислородной смесью
Температура котловой воды, °C
420,0
Давление котловой воды, МПа
25,0
pH котловой воды
9,3
Время дозирования кислорода в котловую воду, мин
12,0
Концентрация кислорода в котловой воде, % масс
2,2
Время вывода трилона Б из обрабатываемого контура, час
80
Удельная загрязненность после очистки, г/м<sup>2</sup>
27,0
Коррозия металла труб, г/м<sup>2</sup>ч
15,0