За последние годы в странах СНГ, включая Украину, прокатилась волна по внедрению на ТЭС с барабанными котлами полиаминных водно-химических режимов (ПАВР). Основная идеология использования этих режимов заключается в совокупном применении ингредиентов, обладающих с одной стороны моющими свойствами по отношению к отложениям на поверхности металла, с другой - защитными свойствами относительно коррозии очищенных от отложений металлических поверхностей.
В настоящее время известны три комплексных реагента (КР), на базе которых реализуются ПАВР: хеламин (Швейцария), эпурамин (Франция) и аквамин (Украина), каждый из которых, согласно вышесказанному, представляет собой смесь ингредиентов.
На данный момент, одновременно с положительными оценками применения ПАВР, пока что лишь на единичных ТЭС Украины, накопилась и отрицательная информация, приведшая к отказу от дальнейшего применения комплексных реагентов на ряде ТЭС. Факторы, сопутствующие этому обстоятельству, на наш взгляд, следующие:
- завышенные прогнозы разработчиков и продавцов КР относительно преимуществ и эффективности внедрения ПАВР взамен традиционных водно-химических режимов;
- отсутствие анализа или оценок границ целесообразного применения ПАВР как в целом по энергетической отрасли, так и применительно к конкретным ТЭС, внедряющим КР;
- неучет факторов риска и мер по их предупреждению при внедрении ПАВР.
Можно привести ряд примеров неудачного применения КР, так или иначе связанных с указанными особенностями и накоплением отрицательной информации относительно использования комплексных реагентов: массовые разрывы экранных труб на котлах двух ТЭС Казахстана, пытавшихся перейти на хеламинный ВХР; массовые разрывы экранных труб в результате их водородного охрупчивания на одном из котлов Кураховской ТЭС, переведенном на эпураминный ВХР; стояночная коррозия пароперегревателя на котле Старобешевской ТЭС, которую, вопреки ожиданиям, не предотвратил эпураминный ВХР. К факторам, способствовавшем накоплению негативной информации относительно эффективности использования КР взамен традиционных средств, можно также отнести и факт практически нулевой эффективности химической очистки посредством хеламина на котлоагрегате Старобешевской ТЭС.
Эти примеры сами по себе не доказывают, что полиаминные режимы во всех случаях хуже традиционных ВХР. Однако они свидетельствуют о необходимости уточнения сферы и условий применения ПАВР.
Один из сомнительных тезисов, выдвигаемых разработчиками и продавцами КР, касается утверждения, что комплексный реагент не требует раздельного дозирования ингредиентов, как в традиционных ВХР, и это обстоятельство якобы обеспечивает преимущество ПАВР перед гидразино-аммиачно-фосфатным режимом барабанных котлов. На самом же деле, как известно, раздельное дозирование корректирующих ингредиентов обеспечивает избирательную коррекцию и более надежное поддержание необходимых параметров ВХР. При этом последовательно решаются задачи:
- контроля содержания дозируемых ингредиентов в процессе ведения ВХР;
- изучения их локального и совокупного воздействия на состояние оборудования и ВХР;
- определение оптимальных доз ингредиентов;
- нормирование содержания отдельных ингредиентов в пароводяном цикле ТЭС.
Желание сгладить отмеченный недостаток ПАВР в организации ведения ВХР связано с рядом обстоятельств, среди которых:
- засекреченность состава КР;
- отсутствие эффективного входного контроля состава и качества КР;
- отсутствие отработанных методик химического контроля за всеми ингредиентами КР и продуктами его разложения в процессе ведения ВХР.
В целом, эти недостатки делают ведение ВХР принципиально "слепым" как в плане возможности оценки дифференциального воздействия отдельных ингредиентов КР на состояние оборудования и ВХР, так и в плане возможности нормирования и поддержания в теплоносителе оптимальных концентраций этих ингредиентов. Однако указанные недостатки ведения ВХР при использовании КР не являются объективно неизбежными и они преодолимы при наличии доброй воли и усилий в их преодолении со стороны разработчиков, изготовителей и поставщиков КР.
Одним из декларируемых преимуществ КР является отсутствие или небольшое количестве в его составе твердых минеральных щелочей, что, как утверждается, позволяет снизить солесодержание котловых вод и, соответственно, уменьшить размер непрерывной продувки котлов.
В реальном плане, такого уменьшения продувки при переходе на ПАВР на ТЭС Украины по имеющимся у нас данным не произошло. В плане потенциальных возможностей снижения размера непрерывной продувки это возможно при наличии следующих обстоятельств:
- лимитирующим фактором размера непрерывной продувки до перехода на ПАВР является действительно солесодержание котловой воды;
- при переходе на ПАВР не возникают побочные факторы, требующие увеличения размера продувки.
На котлах ВД лимитирующим фактором непрерывной продувки во многих случаях является кремнесодержание питательной воды. При этом после перехода на ПАВР наблюдались и упомянутые побочные эффекты:
- в два-три раза возрастает коэффициент избирательного выноса соединений кремнекислоты из котловых вод в пар;
- резко возрастает вынос солей жесткости в пар из-за увеличения в сравнении с фосфатным режимом их концентрирования в котловой воде.
Однако отмеченные побочные эффекты могут и не иметь существенного значения, если:
- кремнесодержание питательной воды ниже нормы для паров;
- питательная вода характеризуется высоким качеством относительно содержания в ней жесткостных солей;
- эффективно работают внутрибарабанные устройства очистки пара от капель котловой воды.
Эти условия не только в принципе выполнимы, но и реально выполняются на ряде ТЭС Украины для барабанных котлов ВД.
Одним из недостатков ПАВР, о котором предпочитают не говорить разработчики и реализаторы КР, является малая буферная емкость котловой воды. Если питательная вода стабильно хорошего качества и невелика загрязненность отложениями экранных труб, то этот недостаток может себя и не проявить. Опасность заключается в том, что при низкой буферной емкости даже относительно небольшие воздействия на котловую воду привнесенных с питательной водой веществ или веществ, поступивших в результате их вымывания из отложений, могут существенно сместить рН котловой воды в кислую область, что, видимо, и приводило к отмеченным ранее повреждениям экранных труб.
Надо также иметь ввиду, что рН охлажденной пробы котловой воды, нормируемый по ПТЭ, не отражает реальный рН котловой воды. При одном и том же значении рН пробы котловой воды в фосфатном режиме и в ПАВР, реальный рН котловой воды по нашим оценкам в последнем случае меньше против фосфатного режима на 0,5 и более единиц рН. По этой причине и возрастает при переходе на ПАВР упомянутый выше избирательный коэффициент выноса соединений кремнекислоты из котловых вод в пар.
Иначе говоря, высокий избирательный вынос соединений кремнекислоты в пар является индикатором понижения реального рН котловой воды при переходе на ПАВР, а это чревато негативными последствиями, о которых шла речь. Рекомендация относительно предупреждения этих последствий проста: использовать твердую щелочь совместно с КР.
Очень много говорится, в основном эмоционально или декларативно, о резком снижении скорости образования отложений в экранных трубах при переходе на ПАВР. В действительности же данных по этой части не так уж много, они идут с большим разбросам значений по отдельным вырезкам и годам и в пределах этого разброса данные могут интерпретироваться неоднозначно в зависимости от тех или иных предпочтений. Те данные, которыми располагаем мы, и их сравнительный анализ говорят о том, что после перехода на ПАВР:
а) содержание продуктов коррозии в питательной воде не стало меньше, чем до ПАВР;
б) вывод продуктов коррозии из котла не увеличился в сравнении с режимом до ПАВР.
То есть, баланс поступления продуктов коррозии в котел и их вывода из котла не стал более благоприятным после перехода на ПАВР в сравнении с традиционным ВХР.
Правда, можно отметить, что внутренняя поверхность барабана, его сепарационные устройства и промывочный лист после перехода на ПАВР обычно выглядят более чистыми, чем до него. Так, и при промывке котла хеламином барабан и внутрибарабанные циклоны выглядели чистыми. Однако в отношении экранных труб эффект промывки, как отмечалось, оказался нулевым даже при концентрациях полиамина на уровне 1000 и более мг/кг.
Возможно, сравнительный баланс коррозионных примесей в котле выглядел бы более благоприятным по отношению к КР, если бы не некоторые особенности реализации перехода на ПАВР. Общий сценарий перехода примерно такой. Из-за сложности предварительной очистки конденсатно-питательного тракта полиамин вводится при неочищенном тракте и даже без механической очистки аккумуляторных баков деаэраторов питательной воды. В начальный период вводится повышенная доза КР и соответственно резко возрастает содержание продуктов коррозии в питательной воде за счет моющей способности комплексного реагента. Затем доза постепенно снижается и соответственно с этим снижается содержание железа и меди в питательной воде. Таким образом содержание железа в питательной воде постепенно доводится до уровня, предшествовавшего ПАВР, что преподносится как стабилизация режима.
С содержанием меди ситуация по этому сценарию выглядит менее благополучной. Объясняется это особенностью поведения соединений меди в традиционном режиме и в ПАВР. Обычный уровень содержания меди после деаэратора питательной воды на ТЭС ВД - 7--8 мкг/кг. На участке ПВД содержание меди снижается примерно на 4 мкг/кг и в питательной воде перед котлом оно находится на уровне 3--4 мкг/кг, т.е. в пределах норм ПТЭ. После перехода на ПАВР и условной стабилизации режима, вызванной снижением дозы КР, содержание меди после деаэратора остается на уровне приблизительно тех же 7--8 мкг/кг. Однако на участке ПВД происходит уже возрастание содержания меди и тоже примерно на 4 мкг/кг. В результате в питательной воде уровень содержания меди при ПАВР составляет 11-12 мкг/кг. Из этого сравнения нетрудно понять, что если до перехода на ПАВР медь на участке ПВД действующих ТЭС осаждалась уже в течение нескольких десятков лет, то после перехода на ПАВР она и будет вымываться из этого участка при описанной ситуации тоже несколько десятков лет, обусловливая повышенное содержание меди в питательной воде.
Едва ли не самым убедительным доводом в пользу применения КР является возможность отказа от вредного для здоровья человека гидразина. В этом отношении тоже желательны некоторые уточнения и дополнительные выяснения моментов:
- гидразин не является очень сильным ядом, как нередко утверждают сторонники использования КР;
- гидразин не является категорически необходимым компонентом при традиционном ведении ВХР;
- при использовании КР в условиях отсутствия или несовершенного входного контроля его качества возможно поступление с КР примесей, вредных для здоровья человека;
- при использовании КР возникают продукты его разложения, которые тоже надо проверять на их безвредность для человека.
Здесь можно также отметить, что КР отечественного производства "Аквамин" обладает восстановительными свойствами, превышающими подобные свойства гидразина, что проявилось в содержании кислорода в турбинном конденсате и питательной воде на Кременчугской ТЭС.
Все затронутые выше вопросы требуют дальнейшего их изучения, в особенности в плане сочетаемости КР с конкретными составами питательной и котловых вод. Так, например, количественный анализ проб станционных вод, выполненный одной из припортовых лабораторий, и последующая обработка этих данных в ДонОРГРЭС показали, что лишь половина органических соединений, поступавших в пароводяной цикл, приходилась на вклад эпураминного ВХР, остальное - вклад органики, содержащейся в исходной воде. Эти результаты относятся к периоду ведения эпураминного режима на Кураховской и Старобешевской ТЭС, где имели место вышеотмеченные неприятности, связанные с ВХР.
Один из выходов из создавшегося положения видится в совместном использовании КР с традиционными, апробированными в течение десятилетий компонентами для коррекции ВХР. Такой подход последнее время намечается на некоторых зарубежных ТЭС, а также в регламентах пусков для ТЭС СНГ, где требование дополнительного использования при необходимости твердых щелочей вводится без оговорок относительно ПАВР.
В этом плане можно также отметить, что указанные выше разрывы экранных труб и другие неприятности, сопутствовавшие ПАВР, возникали, видимо, лишь при нарушениях обычных стандартных требований эксплуатации оборудования и ведения ВХР, а собственных возможностей ПАВР при этом оказалось недостаточно для того, чтобы устранить нарушения или в условиях этих нарушений предотвратить отмеченные негативные последствия нарушений.
В целом же, все отмеченные недостатки, затормозившие процесс внедрения ПАВР на ТЭС Украины, представляются преодолимыми. На данный момент назрела, на наш взгляд, надобность обследования ПАВР с учетом следующих позиций:
1 Необходимость обследования
Связана со следующими обстоятельствами:
1.1 Противоречивостью информации относительно достоинств и недостатков разных ПАВР, поступающей от конкурирующих разработчиков и продавцов полиаминных реагентов.
1.2 Отсутствием оценки и прогнозирования рисков, связанных с внедрением ПАВР.
1.3 Недостатком информации об экологической безвредности продуктов термического и химического разложения КР в цикле ТЭС. Аналогично относительно примесей, которые бывают, как выясняется, в не всегда качественном исходном продукте.
1.4 Неясностью контрольно-химического сопровождения ПАВР (особенности контроля по электропроводности и рН, отсутствие или недостаток методик по определению активного продукта, отсутствие методик контроля/определения продуктов разложения и трансформации КР).
1.5 Отсутствием подведенных итогов применения ПАВР на текущий момент.
1.6 Неотработанностью ограничений/требований к внедрению и ведению ПАВР.
1.7 Отсутствием требований к подготовке/накоплению информации для контроля и последующей оценки состояния ПАВР.
2 Цели обследования
2.1 Выявление состояния оборудования на объектах до и после внедрения ПАВР.
2.2 Определение недостатков и достоинств ПАВР в сравнении с традиционными ВХР.
2.3 Оценка экологических последствий применения ПАВР.
3 Результаты обследования
Статистически обобщенная информация по объектам, внедрявшим ПАВР, расчетные выкладки на основе обобщенной информации, сравнительный анализ ВХР по его типам и объектам. Рекомендации на основе накопленного опыта и вопросы, подлежащие дальнейшей проработке и проверке.
Результаты представляются техническому совету Министерства топлива и энергетики для обсуждения и принятия решений относительно условий и целесообразности использования ПАВР.
Протасов Н.Г. - инженер ДонОРГРЭС