Коррозия и консервация оборудования - Консервация барабанных котлов в режиме их останова раствором гидразина и аммиака

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
4. СХЕМЫ И РЕЖИМЫ КОНСЕРВАЦИИ КОТЛОВ ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
4.1. Консервация барабанных котлов в режиме их останова раствором гидразина и аммиака.

Пассивация поверхностей нагрева раствором гидразина с аммиаком при высоких температурах обеспечивает формирование защитной пленки весьма высокого качества. Особенно эффективна такая пассивация в закрытых системах для сред с малым содержанием кислорода (не более 0,03 мт/кг) и повышенным pH. При этом в формировании высокотемпературного слоя участвует сравнительно небольшое количество оксидов железа, находящихся на поверхности металла. Основная же масса Fe₂O₃, так же как и Fe(OH)₂, Cu₂O, CuO, за счет изменения параметров кристаллической решетки в результате их восстановления до закисных и металлических форм и образования комплексных соединений теряет прочную связь с основным металлом и удаляется с поверхностей нагрева.
Полнота удаления оксидов железа и меди с поверхности нагрева в начальный период проведения консервации зависит от концентрации гидразина в воде, температуры среды, а также структуры и состава продуктов коррозии. 
Проведение высокотемпературной консервации в режиме останова позволяет использовать теплоту остывающего котла. Так, при останове барабанного котла высокого и сверхвысокого давления без принудительного расхолаживания температура среды превышает 230 C в течение не менее 6 ч. (рис. 4.1).
Условием успешного проведения консервации котла является ввод пассивирующих реагентов при максимально высоких температурах среды. Для барабанного котла это достигается вводом концентрированных растворов непосредственно после его отключения от паросборного коллектора.
Анализ эксплуатационных данных показывает, что количество остановов котлов за год, 7-15 сут - 8,1-19,6%, а продолжительностью свыше 15 сут - 6,1-17,6%. 

В то же время опыт проведения высокотемпературной консервации котлов в режиме их останова при различной дозировке реагентов за тот же период показывает, что высокотемпературная защитная пленка, образующаяся при начальной концентрации гидразина около 30-50 мг/кг и pH более 10,5, сохраняет свои защитные свойства не менее 15 дней. Поэтому при продолжительности простоя оборудования в пределах этого срока, даже с учетом возможных непринципиальных отклонений в технологических режимах консервация гидразина в консервирующем растворе не должна превышать 50 мг/кг.).

Рис.  4.1. Температура среды в поверхностях нагрева при остывании барабанного котла высокого давления (типа БКЗ-420-140):
1 - экраны; 2,3 - экономайзеры первой и второй ступеней, 4 - ПВД.

Раствор для проведения высокотемпературной пассивации можно готовить на котловой воде различного солевого состава. Так, котловая вода ТЭЦ с подпиткой химически очищенной водой (исходная вода - р. Иртыш) содержала до 10 мг/кг хлоридов в чистом отсеке и до 50 мг/кг в соленом. Сумма остальных анионов не превышала 40 по чистому отсеку и 200 мг/кг по соленому Солесодержание котловой воды в чистом отсеке достигало 50, а в соленом - 250 мг/кг. Анализируя состав котловой воды, следует заметить, что содержание хлоридов находилось в пределах, допустимых для приготовления консервирующего раствора. Однако исходную концентрацию гидразина следовало несколько увеличить из-за его расхода на образование комплексных соединений с примесями Котловая вода котлов при подпитке их обессоленной водой имеет солесодержание в чистом отсеке 20-40, а в соленом 200-600 мг/кг. Содержание хлоридов как в чистом, так и в соленом отсеке не превышает 1, кремневой кислоты по чистому и соленому отсеку - соответственно 1-1,5 и до 10 мг/кг. В отсутствие кислорода и при наличии в растворе других анионов допустимая концентрация хлоридов может достигать 350 мг/кг или даже десятых долей процента [1]. Хлориды адсорбируются оксидной пленкой только там, где поверхность очень активна, при этом наличие посторонних ионов значительно подавляет депассивацию металла хлоридами [41]. При одновременном присутствии гидразина, хлоридов и сульфатов в пассивирующем растворе могут образоваться двойные и смешанные галогениды и двойные сульфаты металлгидразония, которые резко ослабляют депассивирующее действие хлоридов на металл. Все это допускает возможность проведения консервации котлов раствором пиразина и аммиака, приготовленным на умягченной воде. Двенадцатилетний положительный опыт проведения консервации котлов давлением 11 МПа в режиме останова консервирующим раствором гидразина и аммиака при содержании хлоридов в котловой воде около 200 мг/кг подтверждает приведенные рассуждения. Однако консервацию в этом случае проводят раствором с pH не ниже 11. В результате длительной обработки режимов высокотемпературной консервации были предложены оптимальные концентрации гидразина в консервирующем растворе, приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Рекомендованные концентрации гидразина, мг/кг, для выполнения высокотемпературной консервации

При повышенной загрязненности поверхностей нагрева или длительной безостановочной работе котла (более 4 мес.) необходимо поддерживать большее из приведенных в таблице 4.1 концентраций гидразина. Для выполнения консервации монтируется отдельная схема показанная на рис.  4.2 Оборудование, необходимое для приготовления концентрированного консервирующего раствора, можно размешать в существующем помещении гидразинной установки котлотурбинного цеха. В этом случае гидразинно-аммиачный раствор из бака 5 заранее подается насосом дозатором 21 по трубопроводу 20 в шайбовый дозатор 18. 

Рис 4.2. Схема высокотемпературной консервации барабанного котла в режиме его останова
1 - бак концентрированного раствора аммиака; 2 - концентрированный раствор аммиака; 3 - подача воздуха; 4 - подача гидразина в бак; 5 - бак концентрированного раствора гидразина; 6 - трубопровод подачи консервирующего раствора в барабан котла; 7 - выносной циклон (соленый отсек); 8 - линия фосфатирования котла; 9 - барабан котла (чистый отсек) 10 - пароперегреватель; 11 - воздушник пароперегревателя; 12 - экран (соленый отсек); 13 - опускные трубы; 14 - трубопровод подачи аммиака на другие котлы; 15 - трубопровод подачи гидразина и аммиака на другие котлы; 16 - трубопровод подачи концентрированного раствора аммиака на вход экономайзера котла, 17 - питательная вода на вход экономайзера; 18 - шайбовый дозатор, 19 - экономайзер; 20 - подача концентрированного раствора гидразина и аммиака в шайбовый дозатор; 21-насос дозатор гидразина и аммиака; 22 - насос-дозатор аммиака, 23, 24 - линия непрерывной продувки; 25 - линия периодической продувки.

Лучший вариант расположения баков в котельном цехе - на отметке, позволяющей самотеком заполнять шайбовый дозатор любым из консервирующих растворов: аммиачным или гидразинно-аммиачным. Такое расположение бакового хозяйства узла приготовления концентрированных консервирующих растворов позволяет использовать его и при консервации аммиачным раствором трилона Б. В схеме монтируют два бака из простой стали вместимостью 0,5-1,5 куба каждый. Бак 1 используют для хранения концентрированного аммиачного раствора, бак 5 - для приготовления и хранения раствора гидразина и аммиака. Все трубопроводы изготавливают из простой стали. Подачу реагентов осуществляют насосами-дозаторами 21,22. Баки для приготовления концентрированных растворов гидразина с аммиаком и аммиака оборудуют стеклами с давлениями, позволяющими производить измерение расхода раствора с точностью до 2-3 л, и дренажными трубопроводами диаметром 38-50 мм для периодической промывки баков. Воздушники баков могут быть объединены и должны быть выведены за пределы зон обслуживания котельного оборудования цеха.
На трубопроводах подвода аммиака и гидразина арматуру можно устанавливать у общестанционных баков хранения концентрированных консервирующих растворов только в случае подачи их центробежными насосами; если же в центральных помещениях для хранения гидразина и аммиака установлены насосы-дозаторы, то для более удобного обслуживания запорную арматуру устанавливают вблизи насосов-дозаторов.
Из общестанционных помещений хранения гидразина и аммиака в баки 1 и 5 по линиям 2 - 4 за несколько часов до начала консервации подают расчетное количество концентрированного раствора гидразина и аммиака. Для обеспечения подачи расчетного количества реагентов целесообразно выполнять заполнение бака 5 раствором гидразина и аммиака только для проведения одной консервации. Подачу консервирующего раствора в баки 1 и 5, как правило, осуществляют в дневное время под наблюдением инженера - химика дневной лаборатории и с учетом продолжительности простоя котла выбирают необходимое количество реагентов. Подачу консервирующих растворов в шайбовый дозатор и на котел выполняет вахтенный дежурный персонал. В баке 1 на случай непредвиденной дополнительной дозировки желательно иметь избыток раствора аммиака. Для перемешивания гидразина с аммиаком в бак 5 подводят сжатый воздух или пар. На период перемешивания раствора воздухом (30-60 с) воздушник должен быть открыт, при перемешивании паром - закрыт.
Консервацию котла высокого давления раствором гидразина и аммиака выполняют в следующем порядке. За 10-12 ч до начала проведения консервации прекращают фосфатирование. 

Непосредственно перед отключением котла от паросборного коллектора желательно произвести удаление шлама через нижние коллекторы экранных поверхностей нагрева. Самотеком или насосами - дозаторами 21, 22 заполняют шайбовый дозатор 18 расчетным количеством концентрированного раствора гидразина и аммиака из бака 5 по линии 20. За 10-15 мин до отключения котла от общего паросборного коллектора прекращают непрерывную продувку. После отключения котла от паросборного коллектора включают линию рециркуляции котловой воды из барабана котла на вход экономайзера и подают концентрированный консервирующий раствор реагентов из шайбового дозатора; 18 на вход экономайзера в барабан котла 9. За 5-10 мин до окончания ввода реагентов в котел согласно режимной карте останова открывают продувку пароперегревателя. Продувку ведут не более 10-15 секунд с минимальными расходами. Это обеспечивает сохранение высокой температуры, необходимой для обеспечения высокой эффективности консервапии[20]:
Для перемешивания консервирующего раствора необходимо на 10-15 мин одновременно с началом продувки пароперегревателя включить одну - две мазутные форсунки.
Консервация котла происходит при его постепенном остывании, и поэтому продолжительность процесса пассивации определяется параметрами котла. Окончанием пассивации следует считать момент, когда температура котловой воды снижается до 200-250°С. Процессу пассивации сопутствуют частичная отмывка поверхностей нагрева котла от рыхлых отложений, переходящих в шлам, который необходимо удалить с продувкой. В период консервации непрерывная продувка закрыта, продувку через нижние коллекторы проводят S-т ч начиная с панелей соленых отсеков. ΪΊριι консервации котлов с номинальным давлением 15,5 МПа продувку обычно проводят при 7,5; 4,5 и 1,0 МПа. При консервации котлов с номинальным давлением 11,0 МПа удаление шлама через нижние коллекторы экранов проводят при давлении в барабане котла 6,0; 4,5 и 1,0 МПа Продолжительность продувки каждой панели при давлениях 7,5; 6,0 и 4,5 МПа составляет 10-15 с, а при давлении 1,0 МПа - 30-60 с.
В схеме предусмотрена возможность дозирования концентрированного консервирующего раствора гидразина с аммиаком из бака 5 или аммиака из бака 1 насосами - дозаторами 21 или 22 по линии 16 на вход экономайзера, по линии 20 в шайбовый дозатор и по линии 6 в линию фосфатирования и барабан котла. При проведении продувок котла в питательную воду перед экономайзером дозируют концентрированный раствор аммиака из расчета получения pH не менее 10,5, что позволяет исключить нарушения пассивной пленки на поверхностях нагрева экономайзера. При давлении в барабане котла на уровне 1,0-1,2 МПа осуществляют продувку пароперегревателя в течение 1-1,5 мин. В это время в питательную воду и барабан котла также дозируют концентрированный раствор аммиака для создания pH питательной воды не менее 10,5.

Поверхности нагрева пароперегревателя заполняют паром с высоким содержанием аммиака, что обеспечивает создание пассивной пленки и на этих поверхностях и защищает пароперегреватель от коррозии при конденсации пара после полного остывания котла. По окончании консервации и на период всего простоя воздушники пароперегревателя открывать не следует с целью сохранения в них аммиачного раствора, наиболее эффективная отмывка поверхностей нагрева пароперегревателя и создание на них защитной происходят в период проведения первой его продувки. В это время, так же как и при последующих продувках пароперегревателя, в питательную воду перед экономайзером подают концентрированный гидразинно-аммиачный раствор из расчета получения в питательной воде 30-50 мг/кг гидразина и pH не менее 10,5.          
При завершении консервации содержание железа и меди в консервирующем растворе существенно возрастает. Так, при подпитке котла химически обессоленной водой содержание железа в чистом отсеке может увеличиваться в 8-15 раз, достигая 0,5 мг/кг, а в соленом отсеке - в 11-40 раз, достигая 2,5% мг/кг, в отдельных случаях 3,5-4,5 мг/кг. Точно так же содержание меда в чистом отсеке может достигать 250-450, а в соленом отсеке - 350-500 мкг/кг. При большой загрязненности поверхностей нагрева может возрасти и жесткость, поэтому по окончании расхолаживания котла консервирующий раствор необходимо сдренировать. Однако при наличии в консервирующем растворе непрореагировавшего гидразина или pH не менее 11 его можно оставить и в котле.
При правильно выбранной исходной концентрации гидразина в консервирующем растворе остаточная концентрация его при сбросе не превышает 3-5 мг/кг. Поскольку в растворе содержится достаточное количество окислов меда, при дренировании на воздухе гидразин быстро разлагается, и при сбросе следует лишь нейтрализовать аммиак и удалить или разбавить окислы тяжелых металлов. Во избежание нарушения защитной пленки после слива консервирующего раствора не рекомендуется промывать внутренние поверхности нагрева котла, а также заполнять его водой с величиной pH ниже 10,5. В случае необходимости выполнения опрессовки в питательную вода при заполнении также целесообразно дозировать концентрированный раствор аммиака для повышения pH до 10 и более.
Химический контроль при проведении консервации осуществляют в соответствии с рекомендациями [22].
Контроль за качеством консервации следует осуществлять по образцам из поверхностей нагрева котла, вырезаемым непосредственно после ее проведения и по окончании ремонта, а также визуальным
осмотром барабана котла. Законсервированная поверхность металла должна иметь темную, характерную для гидразина, пассивную пленку. Для контроля качества этой пленки в период проведения исследовательских и наладочных работ часть образцов из консервированных поверхностей нагрева была помещена в обессоленной конденсат в открытой емкости; пассивная пленка на образцах не нарушалась в течение 5 мес.
Таким образом исследования и опыт промышленного использования технологии высокотемпературной консервации поверхностей нагрева котлов показали, что при использовании гидразинно- аммиачного консервирующего раствора с концентрацией 30-200 мг/ кг гидразина и pH более 10 и при температуре начало консервации 300-340°С образуется защитная пленка магнетита, которая сохраняется в течение не менее 3 4 мес. без каких-либо следов вторичного ржавления.