figure

Гидрохимическая промывка и очистка труб котла ПТВМ–30М

Гидрохимическая промывка и очистка внутренней поверхности котловых труб котла ПТВМ–30М

Введение

В декабре месяце 2014 г. в одной из котельных поселка Власиха Московской обл. проводилась гидрохимическая промывка и очистка внутренней поверхности котловых труб котла ПТВМ–30М для удаления с поверхностей нагрева образовавшихся отложений. Котел является одним из двух основных источников теплоснабжения для получения горячей воды температурой до 150 °С, которая используется для систем отопления, вентиляции и ГВС объектов промышленного и бытового назначения поселка. Решение о проведении данной технологической операции было принято из-за очевидной потери тепловой мощности котла и вероятности остаться без достаточного резерва перед наступающей зимой. Взяв во внимание следующие данные:

  • повышенный расход газа;
  • увеличенный перепад давления по сравнению с техническими характеристиками (3,2; 2,5 кг/см2);
  • визуальный осмотр вырезанных труб после замены;
  • снижение КПД котла ПТВМ–30М.

Комиссией было принято решение о проведении гидрохимической промывки внутренних поверхностей котла.

Химическая очистка проводится, как правило, в летний период, когда отопительный сезон закончен, но в исключительных случаях – при нарушении безопасности работы котла она может выполняться и зимой. При выполнении данных работ необходимо соблюдать соответствующие правила и требования безопасности при работах с кислотами и щелочами, а также проводить целевой инструктаж перед началом работ. Основные моменты по безопасности: персонал должен быть аттестован по ОТ и ТБ, иметь допуск к работам (оформленный наряд-допуск) и средства индивидуальной защиты, а рабочее место должно соответствовать требованиям безопасности при проведении указанных работ. При ведении работ должен быть обеспечен полный контроль за процессом, а по окончании необходима нейтрализация реагента.

 Технология и порядок проведения работ

На основании опыта проведения эксплуатационных химических очисток водогрейных котлов, накопленного в последние годы, была разработана программа проведения гидрохимической промывки и очистки внутренней поверхности котловых труб котла ПТВМ – 30М, которая определяет общий порядок и условия подготовки и проведения эксплуатационной химической очистки котла.

Схема гидрохимической очистки должна обеспечивать эффективность очистки поверхностей нагрева, полноту удаления растворов, шлама и взвеси из котла. Работа проводилась в три этапа: щелочение, кислотная промывка, щелочение. Для циркуляции раствора использовалась передвижная установка с перекачивающим насосом с расходом 240 м3/ч и напором 40 м и промежуточная емкость. Подключение к котлу произвели через нижние дренажи в коллекторах Ду 50 и через верхние воздухоотводчики (рисунок).


Рисунок — Котел ПТВМ–30М с подсоединенной установкой для промывки.
 

В качестве моющего реагента использовалась ингибированная соляная кислота, что позволило предотвратить негативное воздействие на металл труб, т.к. ингибитор имеет защитную функцию при промывке. Выбор реагента был сделан благодаря высокими моющими свойствами HCI, позволяющими очистить практически от любого типа отложений поверхности нагрева даже с высокой удельной загрязненностью, а также доступностью на рынке и невысокой ценой.

В зависимости от количества отложений очистку ведут в одну (при загрязненности до 1,5 кг/м2) или в две стадии (при загрязненности более 1,5 кг/м2) раствором с концентрацией от 4 до 7%. При загрязненности выше 1,5 кг/м2 или при наличии в отложениях кремнекислоты или сульфатов более 10% рекомендуется проведение щелочения. Щелочение проводят между кислотными стадиями раствором едкого натра или смеси его с кальцинированной содой. Добавление к едкому натру кальцинированной соды в количестве 1-2% повышает эффект разрыхления и удаления сульфатных отложений.

При наличии отложений в количестве 3-4 кг/м2 очистка поверхностей нагрева может потребовать последовательного чередования нескольких кислотных и щелочных обработок.

Для обеспечения качественной очистки котланеобходимо произвести расчет количества реагентов, что бы хватило с учетом добавления его при необходимости. Дело в том, что основным критерием кислотности является уровень pH, который при прохождении реакции стремится к нейтральному pH 6-8, и возникает необходимость добавлять реагент в процессе очистки, что бы понизить его до значений pH 1,5-2. Расход реагентов рассчитывается по составу отложений, удельной загрязненности отдельных участков поверхностей нагрева, определяемых, по образцам труб, вырезанных до химической очистки, а также из расчета получения необходимой концентрации реагента в промывочном растворе.

Удельная загрязненность поверхности нагрева находится как соотношение массы отложений, снятых с поверхности образца трубы, к площади, с которой эти отложения были удалены (г/м2).

Количество реагента при отмывке железоокисных отложений определяется по формуле (1):

где

  • Q – количество, т;
  • V – объем контура очистки, м3 (сумма объемов котла, бака, трубопроводов);
  • Ср – требуемая концентрация реагента в моющем растворе, %;
  • γ – удельная масса моющего раствора, т/м3 (принимаемая равной 1 т/м3);
  • α – коэффициент запаса, равный 1,1–1,2;
  • Сисх – содержание реагента в техническом продукте, %.

Количество реагента для удаления карбонатных отложений определяется по формуле (2):

где

  • Q – количество реагента, т;
  • А – количество отложений в котле, т;
  • n – количество 100%-ной кислоты, необходимое для растворения 1 т отложений, т/т (при растворении карбонатных отложений для соляной кислоты п=1,2, для НМК n=1,8, для сульфаминовой кислоты n=1,94);
  • Сисх – содержание кислоты в техническом продукте, %.

Количество отложений, подлежащих удалению при очистке, определяется по формуле (3):

где

  • А – количество отложений, т;
  • g – удельная загрязненность поверхностей нагрева, г/м2;
  • f – поверхность, подлежащая очистке, м2.

В нашем случае получилось порядка 2500 кг 32% кислоты, 350 л NaOH 40% и 300 кг кальцинированной соды, т.к. количество отложений было порядка 1,2 кг/м2 в среднем и объем котла составлял 14 м3. После проведения работ у нас осталось не израсходованными порядка 12 канистр по 24 кг кислоты.

Очистку котлов по циркуляционной схеме следует проводить со скоростями движения моющего раствора и воды не менее 0,1 м/с (т.к. при этом обеспечивается равномерное распределение моющего реагента в трубах поверхностей нагрева и постоянное поступление к поверхности труб свежего раствора), а водные отмывки необходимо выполнять на сброс со скоростями не менее 1,0-1,5 м/с.

Поэтому необходимо подобрать насос, предназначенный для прокачки моющего раствора по контуру очистки, который должен обеспечивать аналогичную скорость движения. Выбор этого насоса производится по формуле (4):

где

  • Q – подача насоса, м3/ч;
  • 0,15÷0,2 – минимальная скорость движения раствора, м/с;
  • S – площадь максимального поперечного сечения водяного тракта котла, м2;
  • 3600 – переводной коэффициент.

При подборе насоса для циркуляции реагентадолжны учитываться конструктивные особенности котла, местонахождение конвективных пакетов в водяном тракте котла и наличие большого количества горизонтальных труб малого диаметра с многократными гибами на 90 и 180О. В результате расчета был выбран насос производительностью 500-4000 л/мин (240 м3/ч) и напором 25-40 м.

Отработанные моющие растворы и первые порции воды при водных отмывках должны быть утилизированы или нейтрализованы. Отвод отработанного реагента проводится после достижения на выходе из котла значения рН, равного 6,5-8,5 (степень кислотности раствора) при нейтрализации.

Согласно утвержденной программе по промывке, утилизация производилась в существующий на котельной водоотвод после нейтрализации. Процесс происходил по следующим этапам: подготовка необходимого количества кальцинированной соды; контроль уровня pH при помощи pH-метра, постепенное добавление соды в промежуточную емкость до значений pH 6-8 при включенном насосе промывочной станции. Процесс нейтрализации продолжался около двух часов, уровень кислотности удалость поднять с 2 до 7. Сливали раствор порционно по 20 мин с интервалами по 10 мин через 2 спускника Ду 25 в течение 2 ч во избежание концентрации раствора на очистных сооружениях. Добавление соды производили, предварительно размешав ее с водой в ведре для более качественного взаимодействия сред. Израсходовали порядка 100 кг соды на объем 14-15 м3. Утилизация щелочного реагента происходила путем разбавления его сырой водой из водопровода до необходимых значений кислотности pH 6-8.

При очистке котла ПТВМ-30 особое внимание необходимо обратить на организацию отвода в общий контур моющего раствора из верхних коллекторов панелей экранов, так как направление движения раствора имеет многократные изменения.

Работа по очистке котла заняла порядка 34 ч, из них 10 ч – щелочение (2 этапа), 12 ч – кислотная обработка, 4 ч – нейтрализация, 8 ч – подготовка, подключение, сбор и опрессовка. Реакция проходила с умеренной интенсивностью, реагент HCI добавляли два раза по 150 кг, c интервалом через 1,5 ч с начала промывки до состояния стабилизации уровня pH. Результатом работы стал приемлемый перепад давления после химической обработки: 2,7 кг/см2 (по сравнению с паспортным 2,5 кг/см2). Рабочие параметры котла пришли в норму, хотя и не совпали с паспортными.

Контрольную вырезку после работ делать не стали, т.к. было проведено испытание образца: деформированный кусок экранной трубы с данного котла, который был покрыт отложениями поместили перед промывкой в промежуточную емкость системы промывки, в которой постоянно находился рабочий раствор. После повторного щелочения визуальный осмотр трубы показал, что отложения растворились и вымылись циркулирующим раствором. Однако, после ремонтного сезона 2015 г., выяснилось, что предыдущий ремонт по замене конвективных труб принес ряд проблем, а именно: при вскрытии обнаружилось, что большое количество замененных труб оказались с уменьшенным сечением за счет застывшего металла на сечении. Проблема в том, что при подгонке труб к коллекторам пользовались электросваркой и газорезкой и не обрабатывали торцы шлифовальным инструментом, металл, который стекал при резке, застывал около края и уменьшал рабочее сечение трубы, что влияет на гидравлическое сопротивление оборудования.

Выводы

В процессе эксплуатации теплоэнергетического оборудования следует своевременно проводить обслуживание и ремонт парка, т.к. откладывание и задержки по сервису могут привести к аварийным ситуациям в период пиковых нагрузок. Необходимо проводить качественный мониторинг параметров, начиная с ввода в эксплуатацию, формировать карту пиковых значений, следить за водно-химическим режимом котельных. При выполнении ремонтных работ проверять квалификацию персонала, контролировать выполнение всех этапов работ и соблюдение технологии операций.