Производство  ->  Металлургия  | Автор: | Добавлено: 2015-03-23

Содержание меди в горячей воде тепловых сете

Обеспечение теплом населения является важнейшей народно-хозяйственной задачей. Город Новокузнецк расположен в Сибири, отопительный сезон длится с сентября по май. От стабильной безаварийной работы котельных зависит бесперебойная подача тепла и горячей воды в дома горожан. Ежегодно для поддержания нормальной работы тепловых сетей вкладываются огромные средства. Эти затраты могут существенно уменьшаться при правильной организации работы теплового оборудования котельных, в том числе, при строгом соблюдении водно-химического режима котельных.

Водно-химический режим энергетических котлов можно рассматривать, как систему мероприятий по защите конструкционных материалов от коррозии, ограничению поступления в теплоноситель вредных примесей и выведению их из контура, предотвращению образования накипи и отложений на теплопередающих поверхностях.

К известным мерам по защите конструкционных материалов от коррозии относятся введение в воду корректирующих добавок, обессоливание воды, деаэрация или связывание кислорода, либо создание защитного барьера на поверхности металла, препятствующего его коррозии (например, оксидная пленка).

Опыт эксплуатации показывает, что даже при тщательном соблюдении всех требований по концентрации примесей в питательной воде, определенная их часть, в основном продукты коррозии, откладывается на поверхностях нагрева, образуя достаточно прочный слой отложений, не удаляемых при обычных водных промывках.

Комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара, называется паровым котлом. Он состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару. Носителем энергии, наличие которой необходимо для образования пара из воды, служит топливо.

Элементами рабочего процесса являются:

А). Процесс горения топлива.

Б). Процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой.

В). Процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученного пара.

В котлоагрегатах во время работы возникают два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя. Итогом взаимодействия является получение пара заданного давления и температуры.

А). Горение представляет собой процесс окисления горючих элементов кислородом, проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла.

Интенсивность горения, а также экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива.

Б). Смыслом теплоотдачи является передача тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива, воде, из которой необходимо получить пар, или пару, если необходимо повысить его температуру выше температуры насыщения. Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем выше чистота поверхности нагрева.

Поверхность нагрева – это водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, через которые в котле идет процесс теплообмена. Поверхности нагрева выполняются в виде труб, внутри которых происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева.

В). Образование пара в котлоагрегатах протекает с определенной последовательностью. Уже в экранных трубах начинается образование пара. Данный процесс протекает при большой температуре и высоком давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями, а, следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул, создающие поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает.

Процесс, обратный парообразованию, называют конденсацией. Жидкость, образующуюся при конденсации, называют конденсатом. Она используется при охлаждении поверхностей металла в пароперегревателях.

1. 1. 2. Условия образования накипей.

Соединения, поступающие с питательной водой в парогенераторы разных типов при определенных условиях способны либо образовывать накипь, либо выделяться в форме шлама. Под шламом часто понимают отложения рыхлые, мягкие, легко снимающиеся (соскабливающиеся), в виде порошка. Накипью называют плотные, сравнительно твердые, прочно сцепленные с металлом отложения различных веществ, образующие на поверхности нагрева слой, толщина и свойства которого представляют опасность для безаварийной и экономичной работы аппарата. Накипь образуется в результате взаимодействия воды или присутствующих в ней агентов с теплопередающей поверхностью металла, а также в результате выделения различных растворенных в воде веществ при ее кипении, нагревании и испарении.

Образование накипи может быть следствием ряда процессов:

1) кристаллизации вещества на поверхности нагрева;

2) прикипания или налипания твердых частиц некоторых веществ;

3) выпадения легкорастворимых солей и различных сложных соединений из концентрированной котловой воды;

4) образования отложений, состоящих из продуктов коррозии.

Первые два процесса указывают на возможность разделения накипей на первичные и вторичные образования. К первичным следует отнести те кристаллические отложения, которые образовались путем выделения растворенного вещества из контурной воды на поверхности нагрева. Вторичными же накипями можно называть отложения, возникшие вследствие налипания кристаллических агрегатов, уже образовавшихся в котловой воде.

Предложенное деление веществ на шламо - и накипеобразующие оказалось полезным для борьбы с накипеобразованием. Установив безопасные в отношении образования накипи соединения, можно надеяться путем регулирования анионного состава котловой воды избежать накипеобразования. Введение в контурную воду веществ, переводящих соединения накипеобразователей в шламовые формы, является одним из основных видов управления водно-химическим режимом.

Образующиеся в парогенераторах накипи согласно классификации могут быть по своему составу разделены на пять основных групп:

1. Щелочноземельные, т. е. состоящих из соединений кальция и магния. При этом в зависимости от анионной составляющей кальциевые накипи подразделяются на сульфатные (CaSO4), силикатные (CaSiO3), карбонатные (CaCO3) и фосфатные [Ca3(PO4)2] ; магниевые накипи подразделяются на гидроксильные [ MgO, Mg(OH)2] и фосфатные.

2. Медные накипи, состоящие в основном из металлической меди.

3. Железные накипи, которые подразделяются на силикатные, ферросиликатные, Na2O * Fe2O3 * 4SiO2 , фосфатные [Fe3(PO4)2,(NaFePO4)] и окисные ( Fe3o4).

4. Алюминиевые накипи, которые подразделяются на алюмосиликатные, алюмоферросиликатные и силикатные с преобладанием свободной SiO2.

5. Накипи из легкорастворимых солей, например Na3PO4, Na2HPO4.

Высокое качество обработки питательной воды, привело к практически полному прекращению образования кальциевых и магниевых накипей в парогенераторах электростанций. Такой результат достигнут введением правильного фосфатного режима котловой воды, теоретически обоснованного представлениями, связывающими образование фосфатов кальция в котловой воде с ее упариванием, концентрацией в ней анионов накипеобразователей и с другими физико-химическими процессами.

Значительную роль сыграло введение двухступенчатого умягчения воды, исключившего возможность резкого увеличения жесткости и снизившего остаточную жесткость обработанной воды до долей микрограмма-эквивалента в литре. Улучшение контроля качества конденсата и умягчение его на специальных катионитных фильтрах при обнаружении подсосов охлаждающей воды явилось третьим важным мероприятием, устранившим еще одну возможность проникновения в парогенераторы соединений кальция и магния.

Фосфатирование не предотвращает железоокисных и медистых отложений, поэтому основными компонентами отложений в настоящее время являются медь и оксиды железа с более или менее значительной примесью кремниевой кислоты и окислов цинка. Возникновение железных и медных отложений в парогенераторах не только приводит к образованию отдулин и свищей в экранных и кипятильных трубах, но и вызывает коррозию металла. Особенно резко выявились эти коррозионные свойства отложений в сравнительно слабообогреваемых трубах. Это объясняется, по-видимому, тем обстоятельством, что в трубах, получающих большую тепловую нагрузку, отложения быстрее приводят к появлению отдулин и свищей, а коррозионное действие накипи не успевает в достаточной степени появиться. Установлена также прямая связь коррозионных процессов, вызываемых этими отложениями, и стояночной коррозией.

1. 1. 3. Механизм процесса медного накипеобразования.

Возникновение медных накипей связано с восстановлением ионов меди по схеме

Сu 2++ Fe= Fe2+ + Cu.

Как следует из уравнений Нернста, практически при любой концентрации ионов меди в растворе должно протекать ее выделение на железе.

Но необходимо учесть то обстоятельство, что питательная или котловая вода в действительности не имеет контакта с металлическим железом, так как на его поверхности всегда присутствует более или менее прочная оксидная пленка, поэтому выделение меди может протекать только в тех местах, где пленка нарушена.

Локальность выделения меди и четкая зависимость мест ее выделения от тепловой нагрузки свидетельствует о том, что это электрохимический процесс.

Выделение меди в начальной стадии медного накипеобразования происходит в виде отдельных бугорков размером 0,8-1,0 мм, неравномерно покрывающих поверхность металла. Металлическая медь, составляющая основу этих бугорков, образует пористую губчатую массу, которая с течением времени наполняется окислами железа, фосфатами кальция, силикатами магния и другими веществами, взвешенными в котловой воде. Образующаяся таким образом накипь также участвует в процессе теплопередачи, и на ее поверхности будут продолжаться электрохимические явления, в результате которых выделяются новые порции губчатой металлической меди. Это выделение совершается теперь уже на поверхности накипи, где опять возникают бугорки металлической меди, поры которых впоследствии заполняются окислами железа и другими веществами и процесс продолжается.

Таким образом, согласно описанной схеме медь является основным накипеобразователем при образовании медистых отложений и скорость выделения меди определяет скорость всего процесса накипеобразования.

1. 1. 4. НОРМИРОВАНИЕ ЧИСТОТЫ ПИТАТЕЛЬНООЙ И КОТЛОВОЙ ВОДЫ.

Так как образование накипей в котлах, коррозионные процессы и заносы проточной части турбин обусловлены примесями, находящимися в воде и поступающими из нее в пар, то для замедления или полного предотвращения этих процессов необходимо ограничить до минимума концентрации одних примесей и повысить концентрации веществ, специально вводимых в рабочую среду. Перечень предельно допустимых концентраций вышеуказанных примесей составляет содержание норм качества воды и пара.

Эксплуатационные нормы, содержащиеся в ПТЭ (Правила технической эксплуатации) и установленные специальными теплохимическими испытаниями оборудования, служат руководством для эксплуатационного персонала.

Согласно ПТЭ, для котлов с естественной циркуляцией содержание соединений меди (в пересчете на Cu) в питательной воде перед деаэратором не должно превышать, мкг/кг:

Котлы давлением На жидком топливе На других видах топлива

От 3 до 10 МПа 10 20

10 МПа и выше 5 5

Для прямоточных котлов, при работе в установившемся режиме, содержание соединений меди (в пересчете на Cu) в питательной воде перед деаэратором не должно превышать 5 мкг/кг; при установке в конденсатно-питательном тракте всех теплообменников с трубками, выполненными из нержавеющей стали или других коррозионно-стойких материалов, не должно превышать 2мкг/кг.

Для систем с непосредственным разбором воды из сети горячая вода должна по своему качеству удовлетворять требованиям СанПиН 2. 1. 4. 1074-01 «Вода питьевая».

Предельно допустимая концентрация меди в питьевой воде 1мг/дм3. Медь является необходимым для организма элементом (до 1 мг/сут. ), так как играет важную роль в процессах кроветворения, стимулируя образование гемоглобина, рост и размножение клеток, активность некоторых ферментов, функции эндокринных желез.

С пищей и водой человек ежедневно получает 2-5 мг меди, из которых усваивается около 30%. В организме медь встречается, главным образом, в виде комплексных органических соединений. Общее количество меди в организме взрослого человека 100-150 мг, больше всего ее в печени (до 90%) и центральной нервной системе. Выделение меди из организма происходит в основном через желудочно-кишечный тракт.

При хронической интоксикации медью и ее солями возможны функциональные расстройства нервной системы, нарушения функции печени и почек.

Соединения меди могут попадать в горячую воду с природной водой и в результате коррозии латунных трубок в системах водотеплоснабжения. Систематический химический контроль за содержанием меди в горячей воде котельных и разводящей сети позволит выявить отклонения от нормативов и принять меры по их устранению.

1. 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Мною проанализирована вода на содержание меди из 2-х котельных Куйбышевского района: котельной №6, Куйбышевской центральной котельной и горячая вода после бойлера Завокзальной котельной (разводящая сеть к потребителям).

Анализ проводился в санитарно-гигиенической лаборатории на приборе СТА. Проанализировано 16 проб за период с января по октябрь 2005года.

Для определения содержания соединений меди в воде существуют два метода: фотоколориметрический по ГОСТ 4388-72 «Вода питьевая. Методы определения меди. » и метод инверсионной вольтамперометрии по ГОСТ Р 52180-2003 «Вода питьевая. Определение содержания элементов методом инверсионной вольтамперометрии. »

Мною выбран метод инверсионной вольтамперометрии (ИВА), как наиболее чувствительный, позволяющий определять массовую концентрацию меди от 0,0005 мг/дм3.

Сущность метода.

Метод ИВА состоит из двух стадий:

1) концентрирование вещества (элемента) из сравнительно большого объема раствора в небольшом объеме или на поверхности электрода при перемешивании раствора и постоянном потенциале;

2) электрохимическое растворение концентрата и фиксирование изменения какой-либо электрохимической характеристики электрода: тока, потенциала, или количества протекшего электричества.

Аналитическим сигналом является высота пика анодного тока пропорциональная концентрации определяемых ионов в растворе при постоянстве всех условий опыта, а потенциал анодного пика характеризует природу химического вещества в анализируемых условиях.

Для оценки концентрации исследуемого иона в растворе используется метод стандартных добавок, который основан на существовании зависимости J = КС.

Если в растворе объема V0 с неизвестной концентрацией исследуемого иона Сх получен сигнал Iх, то для определения Сх в растворе вносят небольшую добавку стандартного раствора этого иона:

Сст * Vдоб

Сдоб =.

V0 + Vдоб так, чтобы анодный ток увеличивался примерно в 2 раза и Iдоб равен Isum - Iх.

Сдоб * Iх

Средства измерений:

1. Анализатор вольтамперометрический с двухэлектродной ячейкой-датчиком. Ячейка-датчик включает в себя:

- индикаторный измерительный ртутно-пленочный электрод;

- хлорсеребряный вспомогательный электрод.

2. Пипетки мерные лабораторные стеклянные 2-го класса точности вместимостью 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0 см3.

3. Посуда мерная лабораторная стеклянная 2-го класса точности.

4. Государственные стандартные образцы растворов ионов меди.

Вспомогательное оборудование.

1. Аппарат для дистилляции воды по ГОСТ 28165.

2. Фотоминерализатор (ультрафиолетовый облучатель).

3. Стаканчики из оптически прозрачного кварца вместимостью 20-25 см3.

4. Стаканы химические вместимостью от 25 до 100 см3 по ГОСТ 19908.

5. Посуда для транспортирования и хранения отобранных проб воды.

Реактивы и материалы:

1. Кислота муравьиная по ГОСТ 5848 хч;

2. Кислота соляная (хлористоводородная) концентрированная по ГОСТ 14261 осч или по ГОСТ 3118 хч;

3. Кислота азотная концентрированная по ГОСТ 11125 осч или по ГОСТ 4461 хч;

4. Пероксид водорода по ГОСТ 10929;

5. Вода бидистиллированная по ТУ 6-09-2502;

6. Ртуть металлическая по ГОСТ 4658;

7. Калий хлористый осч по ТУ 6-09-3678;

8. Фильтры бумажные обеззоленные (синяя лента) по ГОСТ 12026.

9. Бумага индикаторная универсальная рН 1-14.

Приготовление растворов.

1. Основные градуировочные растворы, содержащие 100 мг/дм3 меди, готовят из государственных стандартных образцов с аттестованными концентрациями 1г/дм3 или 10 г/дм3. Растворы меньших концентраций готовят соответствующим разбавлением основного градуировочного раствора бидистиллированной водой.

2. Калий хлористый 1 моль/дм3. Навеску 7,46г помещают в мерную колбу вместимостью 100 см3, наполовину заполненную бидистиллированной водой, перемешивают и доводят содержимое колбы до метки бидистиллированной водой.

Отбор проб.

Пробы воды отбирают в посуду вместимостью 0,1-0,5 дм3, изготовленную из полимерных материалов или стекла, предварительно промытые азотной кислотой (1:1), бидистиллированной водой и анализируемой пробой. Если измерение проводят более, чем через 6 часов после отбора, пробы консервируют, добавляя по каплям концентрированную азотную кислоту до рН 2, контролируя значение рН по универсальной индикаторной бумаге. Срок хранения законсервированных проб при определении меди -14 суток.

Подготовка проб для определения меди.

В кварцевый стаканчик, проверенный на чистоту, с помощью мерной пипетки помещают 10,0 см3 пробы анализируемой воды, добавляют 0,1-0,2 см3 концентрированной муравьиной кислоты.

Помещают стаканчик в камеру с источником ультрафиолетового облучения (фотоминерализатор) и проводят облучение раствора в течение 10-15 мин. При использовании анализатора со встроенным источником УФО пробу облучают непосредственно в анализаторе, после чего, не вынимая стаканчик из прибора, проводят измерения.

Характеристики погрешности измерений.

Метод обеспечивает получение результатов измерений в диапазоне от 0,0005-до 5,0 мг/дм3 с суммарной погрешностью ±30%.

1. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Содержание меди в горячей воде котельной №6 находится в пределах 0,001-0,002 мг/дм3.

2. Содержание меди в горячей воде Куйбышевской центральной котельной находится в пределах 0,003-0,014 мг/дм3.

3. Содержание меди в горячей воде после бойлеров Завокзальной котельной определено в пределах 0,029-0,094 мг/дм3.

Результаты сведены в таблицу 1 .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Содержание меди в горячей воде котельной №6 и Куйбышевской центральной котельной не превышает нормативов, заложенных в ПТЭ. Следовательно, в этих котельных проводятся достаточные мероприятия по очистке воды, что позволит избежать медных накипеобразований на теплопередающих поверхностях котла.

2. Содержание меди в разводящей сети Завокзальной котельной, находящееся на стабильно высоком уровне, дает основание предположить, что происходит коррозия латунных трубок бойлеров, используемых для нагрева воды.

3. Высокий уровень содержания меди может явиться причиной медных отложений в системе горячего водоснабжения и коррозии стальных трубопроводов, что приведет к созданию аварийных ситуаций.

Исходя из вышеизложенного, предлагаю:

- для предотвращения медных накипеобразований провести углубленные исследования горячей воды на содержание меди.

- полученные данные считать основанием для проведения ревизии и ремонта сетей горячего водоснабжения.

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)