способ очистки и пассивации внутренней поверхности котельных труб с последовательным воздействием химического реагента и водокислородной смеси

Формула изобретения

Способ очистки внутренней поверхности котельных труб путем их обработки в выделенном контуре горячей чистящей средой на водной основе с введенным в нее химическим реагентом, в качестве которого используют водный раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, отличающийся тем, что в качестве указанной горячей среды используют котельную воду при температуре 90÷100°C, водный раствор указанного химического реагента вводят в нее в течение 40÷80 мин до достижения его концентрации в котельной воде 1,0÷1,2 мас. % при рН=5,0÷6,0, затем производят доочистку и пассивацию внутренней поверхности котельных труб путем перехода на работу котла в пусковом режиме с повышением давления и температуры котловой воды при рН=8,8÷9,3 соответственно до 3,0÷25,0 МПа и 150÷420°C с дозированием в котловую воду кислорода с концентрацией 1,8÷2,2 г/дм³ в течение 9÷12 часов с постепенным выводом в течение 40÷80 мин указанного химического реагента из обрабатываемого контура.

Описание изобретения к патенту

Область использования

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для очистки внутренней поверхности котельных труб тепловых электростанций (ТЭС) от отложений и для последующей пассивации этой поверхности.

Отложения на внутренней поверхности котельных труб в виде продуктов атмосферной коррозии котельных сталей образуются в процессе изготовления, транспортировки, хранения и монтажа этих труб. Отложения в виде оксидов железа, фосфатов кальция и др. могут образовываться и в эксплуатационный период вследствие наличия примесей в среде, протекающей в трубах, а также в результате высоких тепловых нагрузок поверхностей нагрева.

Уровень техники

Известен способ парокислородной или пароводокислородной очистки и пассивации в выделенном контуре внутренней поверхности котельных труб (RU 2303745, F22B 37/48, 2007 [1] - аналог). К достоинствам способа [1] можно отнести высокую степень его экологической чистоты ввиду отсутствия в чистящей и пассивирующей среде химических реагентов, а также простоту и экономичность технологической схемы, связанные с доступностью компонентов чистящей и пассивирующей среды. К недостаткам данного способа можно отнести относительно небольшую удельную очищающую способность (в пределах 0.5 г отложений на 1 кг пара) и ограничение очищающей способности по плотности исходных отложений (в пределах 500 г/м²).

Известен способ очистки внутренней поверхности котельных труб путем их обработки в выделенном контуре горячей чистящей средой на водной основе с введенным в нее химическим реагентом, в качестве которого используют водный раствор комплексонов или их солей, в частности трилон Б - динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) (RU 2313053, F28G 9/00, 2007 [2] - прототип). При этом согласно [2] в качестве горячей чистящей среды на водной основе используется сторонний пар. Основным достоинством ЭДТА и ее солей является универсальность, то есть способность комплексования со всеми катионами, присутствующими в эксплуатационных отложениях, и с продуктами атмосферной коррозии котельных сталей. При практическом применении технологии по способу [2] были выявлены, однако, следующие недостатки:

- для очистки труб котла требуется подача стороннего пара, что технологически сложно и не всегда возможно вообще;

- при pH паро-химической среды в диапазоне 4,0÷6,0 коррозионные потери с чистой поверхности входных участков котельных труб достигают 600 г/(м² ·ч) при допустимой величине 5 г/(м²·ч);

- ограниченная возможность получения исходной концентрации комлексообразующего вещества в водном растворе из-за его низкой растворимости в температурном интервале 70-80°C;

- ограниченная возможность получения исходной концентрации комплексообразующего вещества в паре из-за возможного достижения при заданном давлении температуры насыщения с конденсацией пара, вызывающей гидроудары в очищаемом контуре;

- низкая удельная очищающая способность (не более 1 г/кг);

- требуются дополнительные мероприятия по пассивации очищенных поверхностей нагрева;

- длительность процесса очистки (пять этапов общей продолжительностью 20 часов);

- относительно большое количество химического реагента, требующее нейтрализации перед выбросом в окружающую среду.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является повышение эффективности очистки внутренней поверхности котельных труб с обеспечением пассивации обрабатываемых поверхностей при упрощении технологии очистки, уменьшении ее длительности и затрат на обеспечение экологической чистоты процесса. Достигаемыми техническими результатами при этом являются повышение чистящей способности химического реагента в результате исключения возможности гидроударов при повышении его концентрации в чистящей среде и создание условий для пассивации обрабатываемой поверхности и уменьшения количества отходов, требующих нейтрализации перед выбросом в окружающую среду.

Указанные задача и технические результаты изобретения достигаются тем, что в способе внутренней поверхности котельных труб путем их обработки в выделенном контуре горячей чистящей средой на водной основе с введенным в нее химическим реагентом, в качестве которого используют водный раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, согласно изобретению в качестве указанной горячей среды используют котельную воду при температуре 90÷100°C, водный раствор указанного химического реагента вводят в нее в течение 40÷80 мин до достижения его концентрации в котельной воде 1,0÷1,2% масс. при pH=5,0÷6,0, затем производят доочистку и пассивацию внутренней поверхности котельных труб путем перехода на работу котла в пусковом режиме с повышением давления и температуры котловой воды при pH=8,8÷9,3 соответственно до 3,0÷25,0 МПа и 150÷420°C с дозированием в котловую воду кислорода с концентрацией 1,8÷2,2 г/дм³ в течение 9÷12 часов с постепенным выводом в течение 40÷80 мин указанного химического реагента из обрабатываемого контура.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками заявляемого изобретения и достигаемыми им техническими результатами заключается в следующем:

- введение водного раствора трилона Б не в пар, как это предусмотрено прототипом [2], а в котельную воду при температуре 90÷100°C в течение 40÷80 мин до достижения концентрации последнего в воде 1,0÷1,2% масс. при pH=5,0÷6,0 повышает чистящую способность химического реагента в результате оптимальных диапазонов параметров и за счет исключения гидроударов, ограничивающих достижение требуемой концентрации химического реагента, а также упрощает технологическую схему очистки за счет устранения необходимости подвода стороннего пара;

- переход на пусковой режим работы котла с повышением давления и температуры котловой воды при pH=8,8÷9,3 соответственно до 3,0÷25,0 МПа и 150÷420°C с дозированием в котловую воду кислорода с концентрацией 1,8÷2,2 г/дм³ в течение 9÷12 часов с постепенным выводом в течение 40÷80 мин указанного химического реагента из обрабатываемого контура позволяет за счет использования в качестве дополнительного реагента кислорода уменьшить количество вводимого в обрабатываемый контур химического реагента, что, с одной стороны, уменьшает количество требующих нейтрализации перед выбросом в окружающую среду отходов со снижением на это соответствующих затрат, а с другой - обеспечивает пассивацию очищенной поверхности. При этом постепенный вывод химического реагента из обрабатываемого контура за относительно короткое время по сравнению с длительностью воздействия водокислородной смесью устраняет отрицательное влияние химического реагента на процесс пассивации. Кроме того, введение кислорода при указанных параметрах котловой воды позволяет существенно сократить длительность всего процесса очистки и пассивации.

Подробное описание изобретения

В узле приготовления химического реагента готовили водный раствор трилона Б при температуре 90÷100°C при pH=5,0÷6,0. Указанный раствор вводили с помощью насоса-дозатора в котельную воду обрабатываемого контура, снабженного циркуляционным контуром, в течение 40÷80 мин до достижения концентрации реагента в воде 1,0÷1,2% масс. После этого произвели доочистку и пассивацию внутренней поверхности котельных труб путем перехода на работу котла в пусковой режим с повышением давления и температуры котловой воды при pH=8,8÷9,3 соответственно до 3,0÷25,0 МПа и 150÷420°C с дозированием в котловую воду кислорода с концентрацией 1,8÷2,2 г/дм³ в течение 9÷12 часов. При этом осуществляли постепенный вывод в течение 40÷80 мин указанного химического реагента из обрабатываемого контура. Удельная загрязненность котельных труб до очистки находилась на уровне 384÷720 г/м². После очистки загрязненность снизилась до 27÷55 г/м². Время очистки составило около 9,5÷13,5 часов. Результаты очистки котельных труб по предлагаемому способу для трех примеров 1-3 приведены в соответствующих таблицах 1-3.

Таким образом, способ согласно изобретению по сравнению с прототипом [2] обеспечивает высокую эффективность очистки и пассивации с сокращением продолжительности очистки примерно в 2 раза с соответствующим уменьшением примерно в 6 раз расхода трилона Б и уменьшением примерно в 35 раз коррозии металла. Сокращение времени обработки трилоном Б достигается за счет отсутствия необходимости полного растворения отложений на этапе № 1. Эффект достигается за счет реакции трилона Б с двуокисью железа (FeO), которая является подложкой (связывающим звеном) между металлом и отложениями. Кроме того, в результате пассивации на поверхности металла образуется коррозионно-стойкая защитная пленка, которая предохраняет металл от коррозии как во время дальнейшей эксплуатации оборудования, так и при его останове на ремонт или в резерв.

Пример № 1

Таблица 1
Наименование параметра и его единица измерения	Значение параметра
Удельная загрязненность до очистки, г/м2	384,0
Этап № 1. Очистка трилоном Б
Температура раствора, °C	90,0
pH раствора	5,0
Время ввода реагента, мин	40,0
Расход трилона Б, т	0,6
Окончательная концентрация трилона Б в котловой воде, % масс.	1,0
Этап № 2. Доочистка и пассивация водокислородной смесью
Температура котловой воды, °C	232,0
Давление котловой воды, МПа	3,0
pH котловой воды	8,8
Время дозирования кислорода в котловую воду, час	9,0
Концентрация кислорода в котловой воде, % масс	1,8
Время вывода трилона Б из обрабатываемого контура, мин	40,0
Удельная загрязненность после очистки, г/м2	33,0
Коррозия металла труб, г/м2ч	19,0

Пример № 2

Таблица 2
Наименование параметра и его единица измерения	Значение параметра
Удельная загрязненность до очистки, г/м2	510,00
Этап № 1. Очистка трилоном Б
Температура раствора, °C	95
pH раствора	5,5
Время ввода реагента, мин	60,0
Расход трилона Б, т	0,5
Концентрация трилона Б, % масс	1,1
Этап № 2. Доочистка и пассивация водокислородной смесью
Температура котловой воды, °C	316,0
Давление котловой воды, МПа	11,0
pH котловой воды	9,0
Время дозирования кислорода в котловую воду, час	10,5
Концентрация кислорода в котловой воде, % масс	2,0
Время вывода трилона Б из обрабатываемого контура, мин	60,0
Удельная загрязненность после очистки, г/м2	55,0
Коррозия металла труб, г/м2ч	17,0

Пример № 3

Таблица 3
Наименование параметра и его единица измерения	Значение параметра
Удельная загрязненность до очистки, г/м2	720
Этап № 1. Очистка трилоном Б
Температура раствора, °C	100
pH раствора	6,0
Время ввода реагента, мин	80,0
Расход трилона Б, т	0,4
Концентрация химического реагента, % масс	1,2
Этап № 2. Доочистка и пассивация водокислородной смесью
Температура котловой воды, °C	420,0
Давление котловой воды, МПа	25,0
pH котловой воды	9,3
Время дозирования кислорода в котловую воду, мин	12,0
Концентрация кислорода в котловой воде, % масс	2,2
Время вывода трилона Б из обрабатываемого контура, час	80
Удельная загрязненность после очистки, г/м2	27,0
Коррозия металла труб, г/м2ч	15,0