ОБМЕН ОПЫТОМ
МАРТЫНОВА Н. К., инж., ВЗПИ
В практике эксплуатации водогрейных котлов низкого и среднего давления при повышенной некарбонатной жесткости питательной воды часто наблюдается образование на поверхности нагрева сульфатной накипи, содержащей до 70% CaSCО4.
Возможность перевода сульфатной накипи в шлам была проверена с помощью так называемой фосфатной выварки с последующим удалением ее продуктов из котлов при продувке и промывке. Такой метод удаления сульфатной накипи актуален не только по техническим, но и по экологическим соображениям.
Опыты проводились с отрезками труб реального водогрейного котла одной из котельных Узбекской ССР с накипью, в состав которой входило до 75% CaSOi.
Выварка осуществлялась одновременно в девяти герметизированных ампулах из нержавеющей стали при температуре 100°С в течение 20 ч в растворах тринатрий-фосфата (Na3PО4-12H2O) концентрацией 100 г/л; тринатрий-фосфата, подщелоченного едким натром до значения рН = 10,5, концентрацией 100 г/л; гексаметафосфата натрия (NaPO5)e концентрацией 30 г/л; суперфосфата концентрацией 50 г/л.
Концентрации этих растворов эквивалентны по содержанию в них атомов фосфора. Эффект перехода накипи в шлам при выварке оценивался по потере массы образцов, отнесенной к 1 м2 поверхности накипи. Эта количественная оценка эффекта перехода накипи в шлам дополнялась систематическими химическими анализами, а также визуальным осмотром состояния образцов до и после выварки. На рис. 1 представлены данные по удельной потере массы образцов накипи при непрерывном воздействии на нее указанных растворов при 100°С в течение 20 ч.
На рис. 2 — при воздействии тех же растворов, но с 2-часовым перерывом после выварки в течение 10 ч без замены растворов.
Анализируя результаты экспериментов, можно констатировать, что при непрерывном воздействии на накипь раствора тринатрий-фосфата удельная потеря массы образцов возрастала в течение первых 5 ч до 500 г/м2, а затем процесс практически прекращался. В растворах же тринатрий-фосфата с pH =10,5 и гексаметафосфата она непрерывно увеличивалась, достигая значения 1200 г/м2. Перерывы в выварке тормозят процесс удаления накипи даже в щелочном растворе тринатрий-фосфата. В суперфосфатной «вытяжке» переход сульфатной накипи в шлам практически отсутствует.
Рис. 1. Потери массы образцов сульфатной накипи во времени:
1—в растворе тринатрий-фосфата; 2— в подщелоченном растворе тринатрий-фосфата; 3 — в растворе гексаметафосфата натрия; 4 — в суперфосфатной «вытяжке»
Рис. 2. Потери массы образца сульфатной накипи во времени при периодической выварке в растворе тринатрий-фосфата (pH = 10,5)
Полученные данные теоретически могут быть интерпретированы, исходя из следующих соображений. В основе удаления из котла сульфатной накипи под действием раствора тринатрий-фосфата с pH =10,5 лежит его способность превращаться в гидроксилапатит — шламообразное соединение, которое имеет формулу Са{Са3(Р04)3(ОН)а. Этот процесс основан на различии произведений растворимости (ПР) для CaSO4 и Ca3(PO4)2. При температуре 25°С ПР для этих веществ равняется соответственно 9,2-10-6 ,и 2,0-10-29.
Равновесие между указанными ионами в сторону образования гидроксилапатита, т. е. шлама, смещается при обработке накипи достаточно высокими концентрациями ионов РО в щелочной среде. При отсутствии подщелачивания шламообразование практически не происходит, так как в этом случае преимущественно образуется фосфорит Са3(РО4)2. соединение с накипными свойствами. Перерывы в выварке даже в щелочном растворе фосфата натрия и при его охлаждении приводят к прекращению основного процесса. Следовательно, они нежелательны.
В эксплуатационных условиях можно ожидать удаления с 1 м2 поверхности котла примерно 1200 г сульфатной накипи. Для этого необходима непрерывная выварка в течение 20 ч в подщелоченном 10%-ном растворе Na3P04-12H20 с температурой не ниже 100°С.
После завершения выварки требуется быстрое удаление раствора из котла во избежание вторичного накипеобразования.
Целесообразно применение замкнутой схемы фосфатной выварки с непрерывным удалением из раствора гидроксилапатита. Огневой подогрев и принудительная циркуляция раствора способствуют переводу накипи в шлам. Использование для подобной цели суперфосфатной «вытяжки» нецелесообразно.
Применение же растворов гексаметафосфата натрия для удаления сульфатной накипи требует только возмещения его убыли свежими (новыми) порциями этого реагента. В них содержится минимальное количество осадков благодаря комплексообразующей способности данного соединения. Кроме того, подобные растворы имеют ингибиторные свойства по отношению к латуни, поэтому их использование для периодического фосфатирования воды теплообменных аппаратов с латунными трубками более предпочтительно нежели других растворов.
Растворы гексаметафосфата натрия, используемые для удаления накипи, подщелачивать не следует.
