Растворённое железо является основным загрязнителем парового конденсата. Соли жёсткости в основном попадают в конденсат через повреждённую теплообменную поверхность оборудования. При наличии такой проблемы необходимо определить источник загрязнения и устранить повреждение. Но растворённое железо является естественным и крайне неприятным загрязнителем конденсата. С ним довольно сложно бороться. Наиболее широко используемое решение этой проблемы — дозирование аммиака в питательную воду.
К сожалению, на практике такое решение не подходит для большинства котельных низкого давления в силу отсутствия химической службы (дозирование аммиака требует постоянного надлежащего контроля), либо профиль предприятия не позволяет использовать аммиак. Но даже при отсутствии дозирования аммиака можно значительно уменьшить содержание железа в конденсате путём организации грамотного водно-химического режима (ВХР) котельной и системы возврата конденсата.
Для начала надо понять, каким образом железо может попадать в конденсат. Для этого рассмотрим, какой состав имеет паровой конденсат. Состав парового конденсата формируется исходя из химического состава питательной воды, а также условий работы пароконденсатного тракта.
На рис. 1 представлена типичная схема образования конденсата и его возврата в паровой котёл в качестве питательной воды. Подпиточная подготовленная вода содержит в своём составе бикарбонат натрия NaНСО3. Данной водой питается паровой котёл. В процессе парообразования в котле бóльшая часть бикарбонатов разлагается и переходит в газообразный диоксид углерода CO2. В результате в котловой воде образуется едкий натр NaОН. Диоксид углерода уносится с паром. При грамотной организации ВХР котла влажность пара составит не более 1%. То есть при солесодержании котловой воды, равном 3000 мг/л, солесодержание пара будет не более 30 мг/л.
Поэтому солевой состав конденсата будет незначителен, и его можно не учитывать как загрязнение. Но в паре содержится диоксид углерода.
Количество диоксида углерода в паре можно довольно точно оценить по следующей формуле:
CO2(пар) = 44kЩп.в, мг/л,
где k = 0,7–0,95 — коэффициент полноты разложения бикарбонатов в котле; Щп.в — щёлочность питательной воды, мг-экв/л.
Пример: если щёлочность питательной воды 2,0 мг-экв/л, то количество диоксида углерода в паре парового котла низкого давления будет равно:
CO2(пар) = 0,9×2 = 1,8 мг-экв/л
или 44×1,8 = 79,2 мг/л.
Это довольно большое количество диоксида углерода. Если в воде растворить 79,2 мг/л CO2, то рН такой воды будет около 4,6. Вода будет иметь кислую реакцию и станет коррозионно-агрессивной. Значение рН, равное 4,6, будет у конденсата в том случае, если он остынет до температуры +25°C (при нормальном атмосферном давлении) и предварительно из него не будет отогнана углекислота.
Конденсат с низким значением рН подвергает трубы коррозии с водородной деполяризацией. В результате в конденсате появляется железо.
На рис. 2 представлен график зависимости растворимости диоксида углерода в воде от температуры.
Как видно из рис. 2, чем выше температура воды, тем меньше в ней растворяется диоксида углерода. Получается, что для недопущения перехода газообразного диоксида углерода в углекислоту конденсата необходимы следующие условия:
1. Поддерживать как можно более высокую температуру конденсата на всём конденсатном тракте.
2. Не допускать мест с возможным застоем и охлаждением конденсата.
3. Не устанавливать промежуточные станции сбора конденсата с открытыми атмосферными ёмкостями. При этом в открытой ёмкости часть диоксида углерода сразу выпарится в атмосферу, температура конденсата упадёт, и бóльшая часть диоксида углерода растворится в воде с образованием коррозионной среды.
Для уменьшения образования диоксида углерода в паре необходимо также уменьшать щёлочность питательной воды.
Щёлочность питательной воды состоит из щёлочности подпиточной воды и конденсата. Если щёлочностью конденсата при условии возврата конденсата в деаэраторную головку (не в деаэраторный бак) можно пренебречь, то щёлочность подпиточной воды необходимо уменьшать.
Один из самых эффективных способов уменьшения щёлочности подпиточной воды — это обратноосмотическое обессоливание воды. В результате обработки воды обратным осмосом из воды удаляется практически вся щёлочность. При этом значение щёлочности фильтрата после обратного осмоса составляет около 0,05–0,2 мг-экв/л. Данное значение щёлочности позволяет получить в котловой воде достаточное количество едкого натра для защиты котла от коррозии и при этом не допустить большого количество диоксида углерода в конденсате.
Пример: в деаэраторе парового котла смешивается конденсат и подпиточная вода в соотношении 50/50%. В первом случае зададимся, что подпиточная вода только умягчается. Поэтому щёлочность подпиточной воды остаётся равной щёлочности исходной воды и составляет 2 мг-экв/л. Тогда щёлочность питательной воды будет равна 0,5×2 = 1 мг-экв/л. При такой щёлочности питательной воды в паре будет содержаться:
CO2 = 0,9×1 = 0,9 мг-экв/л
или 0,9×44 = 17,6 мг/л.
Если подпиточную воду пропустить через обратный осмос, то щёлочность подпиточной воды составит 0,1 мг-экв/л или меньше. Тогда содержание CO2 в паре будет равно:
0,9×0,05 = 0,045 = 1,98 мг/л.
Обработка воды обратным осмосом ещё имеет преимущество в том, что коэффициент упаривания котловой воды будет гораздо выше, чем при отсутствии обратного осмоса. Что позволит уменьшить расход продувочной воды, и, как результат, будет наблюдаться экономия топлива.
Как показывает практика эксплуатации паровых котельных низкого давления, в случае, когда щёлочность питательной воды незначительная и при этом система возврата конденсата не допускает застоя и охлаждения конденсата, железа в конденсате практически не наблюдается.
Но если система возврата конденсата содержит застойные места, где конденсат застаивается и охлаждается, то даже в случае применения технологий, уменьшающих щёлочность питательной воды, конденсат будет содержать повышенную концентрацию железа.
Система возврата конденсата — сложное техническое решение, требующее тщательной проработки с учётом недопущения избыточной растворимости диоксида углерода в конденсате.
