Рассматриваемые вопросы:
1. Что такое водно-химический режим (ВХР) и коррекция ВХР.
2. Объекты, в отношении которых применяется коррекция ВХР.
3. Виды ВХР.
4. Процессы ВХР.
5. Задачи коррекции ВХР.
6. Способы коррекции ВХР.
7. Итоги
1. Водно-химический режим (ВХР) - это состояние воды и пара, находящихся в контакте с оборудованием ТЭС, характеризуемое качеством и составом пара и воды.
Коррекция ВХР - это комплекс мероприятий, направленных на обеспечение и поддержание регламентированных качества и состава пара и воды с целью повышения надежности и экономичности работы оборудования в части зависящей от коррекции ВХР.
Показатели качества и состава теплоносителя (пара и воды) включают в себя солесодержание, электропроводность, рН, содержание различных примесей воды: железо, медь, кислород, углекислота, а также специально вводимые в теплоноситель (корректирующие) примеси - аммиак, гидразин, фосфаты и др.
2. Основными объектами, к которым применяется понятие коррекция ВХР, являются ТЭС с барабанными и ТЭС с прямоточными котлами. Кроме того, это понятие применяется к теплосетям и объектам со вспомогательным оборудованием: система охлаждения конденсаторов турбин, система водяного охлаждения статоров, водогрейные котлы и др.
3. Виды ВХР применительно к основному оборудованию (т.е. к ТЭС с прямоточными и барабанными котлами) - это:
традиционный для барабанных котлов режим с вводом гидразина и аммиака в питательную воду и с вводом фосфатов в котловую воду;
получивший распространение на ТЭС с прямоточными котлами нейтрально-кислородный режим (НКВР) с вводом в теплоноситель кислорода или других окислителей в условиях поддержания очень чистой в отношении других примесей (кроме вводимого окислителя) воды;
получивший не меньшее распространение на ТЭС Украины с прямоточными котлами кислородно-аммиачный режим (КАВР), где наряду с вводом окислителя в теплоноситель вводятся также небольшие дозы аммиака;
полиаминные режимы - эпураминный, хеламинный, акваминный, - применяемых в последние годы на некоторых ТЭС с барабанными котлами и характеризуемых вводом в питательную (реже в котловую) воду смеси многоатомных аминов;
и даже режим без ввода корректирующих реагентов.
4. Основные процессы, протекающие при контакте теплоносителя с оборудованием, - это коррозия оборудования, а также образование на его поверхности отложений, вызванных как продуктами коррозии, так и другими примесями (прежде всего, солями жесткости), поступающими в пароводяной цикл с подпиточной водой и с присосами охлаждающей воды в конденсаторах турбин.
Коррозия оборудования - это, преимущественно, электрохимический процесс. Его протекание характеризуется образованием локальных микропар: катод-анод. Условием, обеспечивающим работу этой пары (т.е. условием протекания коррозии) является электропроводность воды, через которую замыкается электрохимический контур. Очень чистая вода, не содержащая электропроводных примесей (в т.ч. и специально вводимых) является плохим проводником электричества и в такой воде электрохимический процесс коррозии тормозится.
Кислород (или другой окислитель) здесь играет двоякую роль: с одной стороны он интенсифицирует процессы коррозии, с другой - создает на поверхности металла защитную окисную пленку, блокирующую коррозионный процесс. В условиях высокой электропроводности воды превалирует первый процесс, в условиях чистой воды - второй. На этом и основана идея режима НКВР (нейтрально-кислородного режима), а именно: создается очень чистая воды и в такую воду вводится кислород (или другой окислитель). Подобный режим реализован на Углегорской ТЭС, где электропроводность конденсата после блочной обессоливающей установки приближается к теоретически достижимой.
Углекислота, поступающая в пароводяной цикл через различные воздушные неплотности оборудования, а также и за счет разложения карбонатов солей, поступающих в основном с добавочной водой, приводит к понижению показателя рН воды. Низкое значение рН воды усиливает процессы коррозии за счет взаимодействия водородных ионов с металлом, а также за счет снижения защитных свойств окисной пленки на поверхности металла. Вследствие этих свойств, углекислота всегда является фактором усиления коррозии. Из-за того, что многие наши ТЭС не могут справиться с этим фактором, (т.е. обеспечить в пароводяном цикле очень низкое содержание соединений углекислоты) возникла идея прибавить к НКВР небольшие дозы аммиака для повышения рН воды. При этом, разом с повышением рН, возрастает и электропроводность воды, что действует в направлении, противоположном применительно к идее НКВР. Таким образом, КАВР - это в определенной мере испорченный НКВР. Однако в силу того, что НКВР требует высокой культуры эксплуатации, при которой он может быть достижим и стабильно обеспечен, многие ТЭС с прямоточными котлами перешли на КАВР. Главное преимущество КАВР против гидразино-аммиачного режима для ТЭС с прямоточными котлами связано с необходимостью удаления всех примесей воды, включая дозируемый аммиак, на блочной обессоливающей установке. В связи с тем, что дозы аммиака при ведении КАВР в несколько раз меньшие, чем в обычном гидразино-аммиачном режиме, то, соответственно, и в несколько раз уменьшается ионообменная нагрузка на блочную обессоливающую установку (т.е. БОУ работают дольше без останова на регенерацию ионообменных фильтров).
Гидразино-аммиачный режим ТЭС с барабанными котлами характеризуется вводом в теплоноситель (в основном в питательную воду) аммиака в целях повышения рН воды и нейтрализации воздействия углекислоты, а также вводом гидразина с целью снижения содержания остаточного кислорода после деаэраторов питательной воды. Благодаря воздействию высокого значения рН, замедляются коррозионные процессы стали и медных сплавов. Однако аммиак, помимо способности к повышению рН аминируемой воды, обладает также способностью специфического коррозионного воздействия на медные сплавы (в химической терминологии это объясняется тем, что аммиак является комплексообразователем по отношению к ионам меди и, тем самым, способствует переходу ионов меди в водный раствор). Поэтому доза аммиака при ведении гидразино-аммиачного режима ограничивается поддержанием в питательной воде содержания аммиака на уровне, не превышающем 1 мг/кг.
Традиционным спутником гидразино-аммиачного режима ТЭС с барабанными котлами является фосфатный режим котловых вод, который характеризуется вводом фосфатов в котловую воду с целью перевода солей жесткости в форму неприкипающего к поверхности экранных труб шлама, а также с целью регулирования рН котловых вод. При небольшом содержании солей жесткости в питательной воде взамен фосфатов или в дополнение к ним используют щелочь (NaOH) для регулирования рН котловой воды. В особенности это характерно для зарубежных ТЭС с барабанными котлами сверхвысокого давления (более 160 кгс/см2). Например, для ТЭС Уонг-Би, Вьетнам, нами совместно с ВТИ был предложен щелочно-фосфатный режим для барабанного котла с давлением пара в барабане более 180 кгс/см2.
За последние годы на ТЭС с барабанными котлами заметное применение получили так называемые полиаминные режимы. Общая идеология применения этих режимов заключается в использовании двоякого воздействия на процессы ВХР высокомолекулярных аминов: связывание в растворимые комплексы накипеобразующих примесей (железо, жесткость, медь) и образование на поверхности металла защитной пленки полиаминов, блокирующей коррозионный процесс. Наибольшее распространение в странах СНГ среди этих режимов получили хеламинный режим - в основном в Россие, эпураминный - на Украине, и акваминный - на Кременчугской ТЭС. Большинство ТЭС Украины, на которых внедрялись полиаминные режимы, по тем или иным причинам отказались от этих режимов.
С бескоррекционным режимом, вернее с режимов без ввода корректирующих реагентов в питательную воду, автору лекции пришлось столкнуться на Разданской ГРЭС, где, в силу дефицита воды, для захолаживания и конденсации отработанного пара использовалась алюминиевая градирня Геллера-Фарго. В отличие от стальных сплавов, алюминий подвергается усиленной коррозии как при понижении рН воды относительно нейтрального уровня, так и при повышении значения рН воды. По этой причине аммиак и гидразин в питательную воду не вводились. Тем не менее, из-за относительно низкой электропроводности конденсата и питательной воды коррозионные процессы конденсатно-питательного тракта протекали не очень интенсивно и содержание продуктов коррозии в питательной воде находилось на уровне, обычном для многих ГРЭС СССР.
5. Все вышеперечисленное многообразие водно-химических режимов зарегламентировано Правилами технической эксплуатации, а также различными руководящими документами, относящимися к отдельным из перечисленных режимам. Задачами коррекции ВХР являются обеспечения требований регламентирующих документов применительно к конкретным режимам. Для НКВР, например, основной задачей является обеспечение низкой электропроводности (малого солесодержания) воды и избытка в ней кислорода на уровне нескольких сот мкг/кг. Для гидразино-аммиачного режима, напротив, одной из основных задач является обеспечение как можно более низкого содержания кислорода в питательной воде, а также в составляющих питательной воды. Во всех случаях регламентируются содержания вводимых в пароводяной цикла реагентов, будь то аммиак или кислород, или полиамин. Соответственно и задачами коррекции ВХР является обеспечение и поддержание содержания дозируемых реагентов в пределах указанных в документах границ.
Другая группа задач коррекции ВХР связана с обеспечением и поддержанием содержания недозируемых примесей воды (продукты коррозии, тот же кислород, соли жесткости, а также соединения углекислоты, соли натрия и др.) на уровне ниже установленных предельно допустимых значений.
Контроль за поддержанием качества и состава воды в регламентируемых пределах осуществляется как прямым определением содержания ингредиентов (замеры жесткости, кислорода, железа и т.д.), так и косвенным путем (по замерам показателей электропроводности и рН). В этом плане, наименее регламентированными и наиболее бесконтрольными являются упомянутые выше полиаминные режимы.
6. Способы коррекции ВХР оборудования, работающего в режиме стационарной нагрузки (пуски-остановы, консервация - это отдельная объемная тема) можно разделить на три довольно большие группы:
приготовление, очистка и физическая обработка воды;
химическая обработка воды посредством ввода дозируемых реагентов;
регулирование качества воды за счет воздействия на технические факторы.
Приготовление воды, предназначенной для восполнения потерь теплоносителя (так называемой добавочной воды), осуществляется на обессоливающих установках, а также на установках умягчения (натрий-катионирования) воды. В последнем варианте, умягченная (то есть, в значительной мере освобожденная от катионов жесткости) вода во многих случаях направляется на испарительную установку и затем, в виде дистиллята испарителей, поступает в пароводяной цикл. На ТЭС с барабанными котлами низкого давления добавочной водой в большинстве случаев является просто умягченная вода. На ТЭС с прямоточными котлами, а также в некоторых случаях на ТЭС с барабанными котлами в странах дальнего зарубежья используются блочные обессоливающие установки (БОУ), предназначенные для очистки турбинного конденсата от всех примесей воды, кроме кислорода, который не удаляется ни на ионообменных, ни на механических фильтрах, входящих в состав БОУ.
Физическая обработка воды производится в деаэраторах добавочной и питательной воды. Основной целью этой обработки является удаление из воды растворенных в ней кислорода и соединений углекислоты. Деаэрации подвергается также турбинный конденсат в конденсаторах турбин.
Химическая обработка, она же коррекционная обработка, воды заключается во вводе в воду различных дозируемых реагентов (аммиак, фосфаты, полиамины, кислород при НКВР и КАВР и т.д.).
К техническим факторам, влияющим на качество воды и пара, относятся непрерывная и периодическая продувки барабанных котлов, а также поддержание в исправном состоянии внутрикотловых устройств очистки пара и устройств для регулирования температуры пара.
7. Подводя итог сказанному, можно отметить, что коррекция ВХР оборудования, работающего в стационарном режиме, заключается:
в приготовлении и очистке воды,
в удалении из воды коррозионно агрессивных газов;
в обработке воды химическими реагентами
и в поддержании всех дозируемых и не дозируемых примесей воды в регламентируемых пределах.