Уроки с работающими фрагментами есть в vodno-xim-potoki-tes.xls
Конечно, если у вас нет за плечами пяти лет целевой подготовки в институте и на специализированной кафедре, то понятие "водно-химический режим" может представляться чем-то громоздким, темным и непонятным относительно того с какого бока надо к нему подходить.
Насчет того "с какого бока" сразу скажу, что чем больше точек зрения вы воспримете относительно рассматриваемого предмета, тем прозрачнее будет тот туман, который существует в основном лишь в нашем воображении, а не в реальной природе вещей, относящихся к ВХР.
Я постараюсь предоставить вам довольно прозрачную, на мой взгляд, точку зрения на предмет, полагая, что вы освоите ее до четкости таблицы умножения с тем, чтобы, опираясь на исходные представления, расширять их по мере надобности и желаний без особого труда.
Почему я все время напоминаю о четкости и прозрачности исходных представлений? Потому что мысль прекращает развиваться там, где есть нечеткость представлений, подобно тому, как мы не можем продвигаться вверх по лестнице, когда перед нами участок без нескольких ступенек.
Прозрачность начинается с самого названия предмета: водно-химический режим. Здесь два ключевых слова - вода и химия. И это уже говорит нам о том, что мы имеем дело с водой, на которую зачем-то воздействуют путем использования химических средств.
Итак, вода и химические средства, вводимые в нее, это и есть водно-химический режим.
Зачем нужна вода это, надеюсь, вам уже понятно. Вода - это теплоноситель. Теплотворная способность топлива при сгорании в энергетическом котле трансформируется в теплоту нагреваемой воды. Вода в парообразном состоянии несет эту теплоту на турбину (потому вода и есть теплоноситель), где в результате вращения лопаток теплота трансформируется в механическую энергию вращения ротора турбины, которая, в свою очередь, передается на ротор генератора, в статоре которого механическая энергия преобразуется в электрический ток. Не будь теплоносителя, нечему было бы переносить теплоту от сгорающего топлива до турбины и т.д.
Но зачем в теплоноситель вводить еще и какие-то химические добавки? Зачем эта "лишняя" возня? Чтобы ответить на этот вопрос, надо сначала ответить на логически предшествующий ему вопрос: что было бы, если бы в теплоноситель не добавлялись химические средства.
Все дело в том, что теплоноситель контактирует с металлом и последнему не удается выйти из этого взаимодействия без определенных неприятностей и потерь. И здесь две ключевые проблемы: отложения и коррозия. Правда, сам теплоноситель в общем-то почти безвреден. А вот примеси, содержащиеся в нем, весьма даже вредны. Одни - железо, медь, жесткость и др. - приводят к отложениям в котле и турбине, другие - кислород, углекислота (и даже аммиак применительно к медным сплавам) - приводят к коррозии металлических поверхностей.
Чистая вода в виде пара тоже приводит к коррозии. Но это лишь так называемая химическая (она же пароводяная) коррозия, которая возникает в пароперегревателе при превышении нормативных температур. А в остальном, чистая вода это милое дело. В ней нет примесей, поэтому и нечему из нее отлагаться или выпадать. Электрохимическая коррозия, с которой мы, химики, обычно имеем дело в ВХР, в чистой воде тоже почти не идет даже если в такую воду добавить кислород. Дело в том, что электрохимическая коррозия протекает по механизму образования гальванических микропар. Пример гальванической пары - обыкновенная батарейка. Если замкнуть проводом ее плюс и минус, т.е. замкнуть контур, то по нему потечет ток. По разомкнутому контуру ток не идет. При коррозии часть контура составляет поверхность металла, а часть - вода. Если вода не содержит посторонних ионов, кроме собственных Н и ОН, то ее электрическая проводимость очень низка. При этом контур гальванической микропары почти разорван (имеет большое сопротивление), ток она почти не вырабатывает, а следовательно и процесс коррозии почти не идет. В присутствии же посторонних ионов процесс коррозии интенсифицируется. В особенности этот процесс усугубляется в кислой среде, создаваемой угольной кислотой.
Итак, в пароводяном цикле с загрязненным примесями теплоносителем протекают процессы коррозии и образования отложений. Меры химического воздействия направлены на то, чтобы уменьшить эти процессы или их нежелательные последствия. Для снижения процессов коррозии приходится устранять или снижать воздействие двух факторов - содержание кислорода и содержание свободной углекислоты. На кислород мы воздействуем гидразином, который его восстанавливает, а углекислоту связываем аммиаком, уменьшая количество образованных углекислотой Н-ионов или, что то же самое, увеличивая рН. Однако аммиак в коррозионном отношении вреден для медных сплавов, поэтому при их наличии в пароконденсатном тракте ограничивается содержание аммиака.
Отложения в наибольшей мере досаждают нам в котле и в проточной части турбин. В котловую воду мы вводим фосфаты не только для того, чтобы повысить рН котловой воды, но и для того, чтобы изменить характер выпадения примесей из воды. Так как в присутствии фосфатов соли жесткости в меньшей мере образуют отложения на экранных трубах и в большей мере образуют шлам, оседающий в нижних коллекторах. Периодическая продувка здесь служит для удаления шлама, а непрерывная продувка - для повышения чистоты котловой воды, а, следовательно, и чистоты пара, а, следовательно, и уменьшения заноса отложениями проточной части турбин.
Так или иначе, мы уже замечаем, что "водно-химический" режим это еще не полное сочетание ключевых слов. Помимо использования химических средств, приходится прибегать и к механическим средствам. Мы говорили о периодической и непрерывной продувках. Но повышение плотности конденсаторов (воздушной и по присосам охлаждающей воды), деаэрация воды в конденсаторе и в деаэраторах - все это относится к понятию водно-химический режим. Ну а если мы пытаемся еще и управлять водно-химическим режимом, в том числе и нашими средствами ВХРБ, то это мы уже называем ведением водно-химического режима. А порой не только называем, но и составляем инструкции относительно того, как вести водно-химический режим. А это не только нормы ПТЭ и даже не только наши нормы на основе ВХРБ, но это и дозы гидразина, аммиака и фосфатов с указанием концентраций дозируемых растворов и производительностей насосов-дозаторов.
Раз ТЭС имеют дело с ведением водно-химического режима уже десятки лет, то должны быть и какие-то регламентирующие показатели относительно того, к чему этот режим следует привести. Для этого и служат нормы ПТЭ. Как эти нормы создаются? Часть норм просто отражает текущие технические возможности обеспечения чистоты теплоносителя. Поэтому нормы ПТЭ по качеству питательной воды и паров и конденсата имеют тенденцию к ужесточению. Другие нормы отражают своего рода компромиссы между разными мнениями ученых и практиков. Поскольку мнения и технические возможности могут меняться, то и нормы ведения водно-химического режима тоже могут изменяться. В частности, как уже отмечалось, на Кременчугской ТЭЦ сейчас испытывается новый водно-химический режим.
Теперь еще раз о разных точках зрения на водно-химический режим. Это я о том, что на каждый предмет можно смотреть с разных сторон. Общайтесь со старшими товарищами. Хотя бы просто просматривайте техническую литературу. Постепенно, а может быть даже и вскоре, вы начнете замечать, что какие-то встречающиеся вам положения начинают уже повторяться; у вас накопится некоторый интуитивно ощущаемый внутренний багаж. И тогда у вас исчезнет вредное подсознательное, блокирующее свободную мысль подозрение о том, что водно-химический режим это нечто такое же для вас доступное, как геологические процессы на Венере и Луне. И в момент ощущения истины вы заметите, что другие, разве что за небольшими исключениями, знают о водно-химическом режиме не больше вас. В особенности, если речь идет об эксплуатационном персонале, который знает в основном лишь нормы ПТЭ и некоторые практические моменты относительно того, как их осуществить.
...Я открываю книгу Водоподготовка В.Х. Вихрева и М.С. Шкроба (она есть в нашей библиотеке) на стр. 139:
....................
Основными задачами рациональной организации водно-химических режимов ТЭС являются: а) предотвращение коррозии поверхностей паросилового оборудования, омываемого водой и паром; предотвращение отложений на поверхностях нагрева, поверхностях конденсаторных труб и в проточной части турбин; предотвращение скоплений шлама в парогенераторах.
Способы организации водного режима подразделяются на химические и физико-механические. К первым относятся коррекционная обработка питательной и котловой воды реагентами, а ко вторым - ступенчатое испарение, промывка пара и т.д.
....................
Не правда ли, это вам уже почти знакомо и напоминает мой текст? Правда, исходный текст книги я немного для большей ясности сократил. А вот в Пособии для изучения ПТЭ, которое тоже (вернее, даже прежде всего) очень рекомендую вам посмотреть, сделан похожий, но несколько другой акцент:
....................
Водно-химический режим электростанции должен обеспечивать работу основного и вспомогательного теплоэнергетического оборудования без повреждений и снижения экономичности, вызванных образованием:
накипи и отложений...
шлама...
коррозии...
....................
Иначе говоря, целью организации водно-химического режима, к которой и мы с вами причастны, является обеспечение надежной и экономичной работы теплоэнергетического оборудования в части, зависящей от ведения ВХР. Задачами же, ведущими к достижению этой благородной цели, являются устранения коррозии и отложений. Правда, тут надо понимать, что в практическом плане мы не устраняем эти негативные факторы на 100%, а лишь снижаем их до предусмотренных регламентирующими документами значений или до экономически целесообразных величин. Ведь само "устранение" тоже требует изрядных затрат на водоприготовление и т.д. Так что, когда мы представляем ТЭС свои рекомендации, то мы исходим из того, что рекомендации должны быть:
а) реально выполнимы;
б) экономически целесообразны;
в) обеспечивать достижение показателей, установленных ПТЭ.
Этот, прокомментированный нами пункт, взят непосредственно из ПТЭ и он в Пособии выделен жирным шрифтом, а далее идет полторы страницы текста, разъясняющего смысл выделенного пункта. Раздел Водоподготовка и водно-химический режим в Пособии сравнительно небольшой и если вы его, а заодно и мои соображения, освоите до прозрачности представления того, о чем идет речь, то водно-химический режим покажется вам не неким отвлеченно-недоступным умозрительным объектом, а чем-то близким и родным. Или тем, что может очень быстро стать таковым...
Итак, мы уже знаем что такое водно-химический режим, что такое ведение водно-химического режима, каковы его цель и задачи, связанные с целью. Мы даже знаем границы разумных рекомендаций в организации ведения ВХР. Но чтобы ориентироваться в ведении водно-химического режима надо, помимо сказанного, еще знать и свойства ВХР. Эти свойства складываются из свойств отдельных компонентов. Начнем по порядку.
Кремнекислота. В обессоленной воде она бывает в коллоидной (не обнаруживаемой оперативным анализом) и в растворимой формах. В питательной воде, в особенности после водяного экономайзера котла кремнекислота полностью переходит в растворимую (определяемую оперативным анализом) форму. В котле кремнекислота упаривается и частично переходит в пар в основном по механизму молекулярного и частично по механизму капельного уноса. Повышение рН котловой воды способствует диссоциации молекулярной (недиссоциированной) формы, а поэтому способствует и уменьшению видимого коэффициента выноса кремнекислоты, который определяется капельным выносом и соотношением в котловой воде диссоциированной и недиссоциированной форм соединений кремнекислоты. Однако в котловых водах Кременчугской ТЭЦ с относительно невысоким значением рН кремнекислота существует в преимущественно недиссоциированной форме, поэтому и итоговый коэффициент выноса из котловых вод в пар здесь можно считать практически постоянной величиной.
Натриевые соли. Источником их для котловой воды являются питательная вода и вводимый тринатрий фосфат. Их концентрация в парах относительно невелика, поэтому большая часть этих солей выводится из котла с непрерывной продувкой котлов.
Соли жесткости. Практически полностью осаждаются в котле, причем при дозировании в котловую воду фосфатов соли жесткости образуют преимущественно не отложения, а шлам.
Железо и медь. Эти примеси обладают довольно большими коэффициентами выноса в пар и осаждения в котле. Остаток этих примесей выводится из котла с непрерывной продувкой. Однако этот остаток сравнительно невелик и значение продувки соответственно здесь тоже невелико.
Аммиак, углекислота, кислород. Эти примеси обладают очень большим коэффициентом молекулярного уноса из котловых вод в пар, поэтому они практически не обнаруживаются в котловых водах, так как почти полностью переходят в пар.
Таким образом, размер непрерывной продувки с точки зрения ведения водно-продувочного режима, являющегося частью ведения ВХР, существенен, прежде всего, лишь для кремнекислоты и натриевых солей. Если у нас есть графики предельно допустимых концентраций этих примесей в питательной воде в зависимости от размера непрерывной продувки, то возникает вопрос: по какому из этих показателей устанавливать минимальный допустимый расход продувочной воды. Этот расход устанавливается, естественно, по лимитирующему показателю. Так, если, например, при продувке в 0.5% достигнута предельно допустимая величина в парах по содержанию натрия, а кремнесодержание паров при этом ниже его предельно допустимого значения, то содержание натрия в парах и будет лимитирующим фактором. Если наоборот, то кремнесодержание паров будет лимитирующей величиной.
Все негазообразные примеси могут достигать своей предельной растворимости в насыщенном паре по механизму молекулярного распределения если содержание их в котловой воде для этого достаточно велико. В перегретом паре растворимость этих примесей обычно возрастает и они не отлагаются в пароперегревателе, если капельный вынос солей невелик. Однако при значительном капельном выносе натриевых солей они могут отлагаться в пароперегревателе, увеличивая тепловое сопротивление теплопередающих поверхностей труб пароперегревателя, что может привести к пережогам и разрывам труб. Далее пар поступает в проточную часть турбины, где давление пара по ходу его движения постоянно понижается и разом с этим понижается растворимость негазообразных примесей в паре, которые в зависимости от индивидуальных растворимостей могут осаждаться на лопатках того или иного участка проточной части турбин. Этими процессами в турбине мы не управляем и обычно даже не можем в пределах точности наших анализов уловить факт осаждения примесей в турбине по разности их концентраций до и после проточной части турбин.
Прочие сведения о поведении описанных здесь примесей можно найти в упомянутом Пособии и в файле vxr_vtn.xls.
Итак, чем же мы с вами "управляем" в части выполняемых расчетов и графиков по ведению водно-химического режима Кременчугской ТЭЦ. С коррекционной обработкой питательной и котловых вод вроде бы пока управляются без нас. Размером подпитки обессоленной водой мы тоже не командуем. Остается лишь размер расхода котловой воды на непрерывную продувку. Однако здесь возникает и целый спектр сопутствующих условий: дозы фосфатов, размеры присосов охлаждающей воды, расход и качество обессоленной воды. Все это будет влиять на качество пара и питательной и котловых вод при заданных расходах продувочной воды. Так что графиков при желании можно набросать на целый альбом. Кроме того, частично мы можем "управлять" и качеством обессоленной воды, зависящем от удельных расходов идущих на водоприготовление реагентов.
А, кстати, что лучше с точки зрения экономичности и сокращения расхода сбросных вод - улучшить пар за счет увеличения продувки, за счет улучшения качества обессоленной воды или за счет уменьшения присосов охлаждающей воды? Вряд ли вы займетесь детальными расчетами на этот счет. Но поразмыслить на эту тему с пользой для себя, а может быть и не только для себя, все же возможно.
Если вы осилили предложенные сведения, то можете выполнить работу по Кременчугской ТЭЦ не только в подражательном плане относительно имеющихся материалов в файлах и технических отчетах, но и продемонстрировать собственные варианты и подход. "Дорогу осилит идущий" - восточная мудрость.