Отлагания и абразивно износване

Съдържание

Вътрешни депозити[редактиране]

Твърдите отлагания по вътрешната повърхност на топлообменника се наричат ​​нагар.

Суспензиите, които циркулират с котелната вода или се натрупват в котелни системи, се наричат ​​утайки.

Няма ясна граница между тези видове отлагания, тъй като мащабът при определени условия може да се превърне в утайка и обратно - утайката в котлен камък.

На фиг. 7.37 показва ефекта от мащаба върху прекомерния разход на гориво за котли с ниско налягане.

вода

Ориз. 7.37. Влияние на дебелината на слоя котлен камък върху прекомерния разход на гориво за котел с ниско налягане

Накип и утайка се образуват в резултат на физични и химични процеси, от които основен е процесът на кристализация, който се характеризира с отделяне на твърда фаза от многокомпонентни пренаситени разтвори. С повишаване на температурата настъпва кристализация на соли с отрицателен температурен коефициент на разтворимост и с общо повишаване на концентрацията на соли в изпарената вода, поради изпаряването й от разтвора, тези съединения, за които разтворът е най-близък до състоянието на насищане, започват да се разделят в твърда фаза.

Химичен състав, структура и физични свойства на седиментите[редактиране]

Депозитите се класифицират според химичния си състав в четири групи:

  1. алкалоземни;
  2. сложен силикат;
  3. желязо;
  4. мед.

Първата групавключва карбонатни, сулфатни, силикатни, фосфатни люспи с преобладаване до 90% тегловни на CaCO3, CaSO4, CaSiO3, 5CaO ⋅ 5SiO2 ⋅ H2O, Ca3(PO4)2, Mg(OH)2.

Сулфатен котлен камъкCaSO4 - характеризира се с висока твърдост и висока плътност.

Силикатна скалаCaSiO3 – твърди форми,солидна скала.

Втората групавключва сложни силикатни люспи с разнообразен минералогичен състав - поради способността на силициевата киселина да образува люспи не само с калциеви и магнезиеви катиони, но и с алуминиеви, железни, натриеви катиони и др. Химичният състав на люспите от втората група съдържа: 40–50% силициева киселина; 25–30% оксиди на желязо, мед, алуминий; 5–10% натриев оксид; 1–3% алкалоземни метали (% тегловни). Везните от втората група се характеризират с разнообразие от структури - от порести и бучки отлагания до твърди и плътни образувания, които равномерно покриват металната повърхност.

Третата групавключва: железен фосфат - NaFePO4, Fe3(PO4)2; люспи от железен оксид, състоящи се главно от железни оксиди Fe3O4 70–90% и 5–8% Cu (по маса).

Железен фосфатсе образува, когато съдържанието на фосфати и желязо във водата от котела се повиши и алкалността на водата е ниска. Тези люспи се отлагат по вътрешните повърхности на парните тръби. Люспите от железен фосфат се характеризират като рехави люспи.

Желязно-киселинен котлен камъксе образува в области, характеризиращи се с високи топлинни натоварвания. Тези люспи се отлагат върху повърхността на тръбите в непрекъснат слой или в отделни люспи, циментирани една с друга.

Четвърта група-медна скала. Съдържа 70-90% метална мед - Cu. Медната скала се образува с увеличаване на съдържанието на медни съединения в захранващата вода в участъци от парогенераторни тръби с високо топлинно натоварване от ≥ 840 хиляди kJ/m 2 h (или ≥ 200 хиляди kcal/m 2 h), както и в местата на дълбоко изпаряване на котелната вода. Тази скала се отлага под формата на слоести образувания. Горният слой, измит от котлената вода, съдържа най-голямо количествометална мед (70–90% от масата), следващите слоеве, когато се приближават до повърхността, съдържат все по-малко мед (10–25%) с едновременно увеличаване на железни оксиди, силициева киселина, калциеви фосфати и други компоненти.

По време на работа на котела, с промени в неговите хидродинамични и топлинни режими, свързани с увеличаване на натоварването, по стените на екранните тръби могат да се образуват временни натриеви отлагания (Na2SO4, Na2SiO3, NaCl), които, тъй като са силно разтворими във вода, се измиват напълно от стените на тръбите на котела при спиране или рязко намаляване на натоварването.

Утайката от котела включва: калциев карбонат CaCO3, магнезиев оксид хидрат Mg(OH)2, магнезиев бикарбонат Mg(OH)2 ⋅ MgCO3, магнезиев фосфат Mg3(PO4)2, хидроксиапатит Ca10(PO4)6(OH)2, форстерит (2MgO ⋅ SiO2), железни оксиди (Fe2O3, Fe3O4), co медни оксиди (CuO, Cu 2O), органични вещества и др. При наличието на силициева киселина в котелната вода, магнезиевият оксид хидрат влиза в комбинация с него, образувайки серпентин, който обикновено се утаява под формата на фина утайка:

  • а) утайка, която не полепва по нагревателните повърхности и поради това относително лесно се отстранява навън по време на работа на котела чрез периодично продухване на последния; те включват хидроксиапатит и серпентин;
  • б) утайки, способни да полепват при определени условия по нагряващи повърхности и да бъдат материал за образуване на така наречените вторични люспи; лепкавите утайки могат да включват магнезиев оксид хидрат и фосфатно-магнезиеви съединения.

Участието на утайката в процесите на образуване на котлен камък е възможно и поради утаяването на нейните частици в порите на образувания котлен камък, което допринася за образуването на по-плътен слой от отлагания по стените на тръбата.

Топлопроводимостта на отлаганията (Таблица 7.30) е важна характеристика, която определя надеждността и ефективността на котлите и топлообменниците. Утайките, които са плътно прилепнали към повърхността, са по-малко опасни от тези, които са слабо залегнали, тъй като празнината, образувана между металната стена и отлаганията, значително увеличава температурната разлика и води до опасно локално прегряване на метала. Най-опасни са силикатните нагари и котлите, напоени с масло.

Таблица 7.30. Средни стойности на коефициентите на топлопроводимост за различни видове мащаб