Предпусковая очистка и молекулярная пассивация внутренних

Л.И. Волков
ПРЕДПУСКОВАЯ ОЧИСТКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ПАССИВАЦИЯ
В НУТРЕННИХ ПОВ ЕРХНОСТЕЙ НАГ РЕВА
КОТЕЛЬН ЫХ АГРЕГАТОВ ЭНЕРГОБЛОКОВ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭМУЛЬ СИИ ODACON.
1. ВВЕДЕНИЕ
Предпусковые очистки внутренних поверхностей пароводяного тракта энергоблоков
включая подогреватели высокого давления (ПВД) и поверхности нагрева котлоагрегата,
выполняются для отмывки, в основном, железоокcидных отложений на внутренних
поверхностях труб, образовавшихся в период изготовления, транспортировки и хранения.
В процессе предпусковых очисток оборудования энергоблоков в основном применяют
растворы ингибированных органических и минеральных кислот.
В ФРГ подробно
разбирается химическая очистка фтористоводородной кислотой, применяемой как в виде
солей, так и самостоятельно. Обсуждается химизм и кинетика растворения
железоокисных отложений во фторосодержащих кислотах. Наблюдается большая
скорость растворения оксидов железа в растворах плавиковой кислоты.
При химической очистке кислотными растворами коррозия котельных сталей (сталь
20, 12Х1МФ, 16ТНМ и др.) достигает значительных величин. В промышленных условиях
скорость коррозии стали 20 при промывке 3—4%-ным раствором соляной кислоты,
содержащей 0,2% ПБ-5, 0,5% уротропина и 0,3% ОП-10, при скорости движения раствора
1 м/с составляет 11—14 г/(м2 • ч). Иными словами, применение даже сложных смесей
ингибиторов не дает хороших результатов. Характер действия органических кислот на
коррозионные отложения различен в зависимости от основности кислоты. Одноосновные
и двухосновные кислоты практически не растворяют трехвалентную форму окислов.
Растворение двухвалентной формы железа происходит значительно лучше.
Лимонная кислота применялась при предпусковой кислотной очистке прямоточных
котлов сверхкритических параметров. В технологическом режиме с использованием 3%ной кислоты при 95°С в промывочном растворе появлялся белый осадок цитрата,
затруднявший процесс очистки.
Для химических очисток кислотными растворами требуется значительное
количество труб, масса которых для энергоблоков 100-300 МВт составляет 200-350 т.
Химическая очистка проводится примерно за 5-7 суток с большими трудозатратами на
монтаж и демонтаж труб и оборудования.
На некоторых энергетических объектах России используются предпусковые
окислительные очистки, включающие парокислородную (ПКО) и пароводокислородную
(ПВКО). В основе лежит способ одновременного воздействия на поверхность с
отложениями перегретого пара, пароводяной смеси или воды с окислителем –
кислородом или перекисью водорода, что обеспечивает окисление продуктов коррозии,
уменьшение сцепления оксидов железа с поверхностью металла и их выносу из трактов.
Интенсивность выноса загрязнений зависит от скорости среды и концентрации
окислителя. Продолжительность очистки при ПКО в среднем составляет 0,5–2,0 ч.
Однако, очистка поверхностей как при ПКО, так и при ПВКО протекает наиболее
эффективно при длительности обработки до 10 ч. При этом рекомендуется изменять
фазовое состояние среды (переходить с перегретого пара на воду или с воды на
насыщенный пар) при одновременном изменении температуры на 80–100°С, что,
конечно, приведет к удорожанию и без того достаточно энергоемкой технологии и
главное – к снижению надежности оборудования из–за резких изменений тепловых
нагрузок.
При всех известных преимуществах ПКО и ПВКО могут послужить причиной
негативных явлений, особенно если не в полной мере соблюдены технологические
регламенты (не выдержаны необходимые значения массовой скорости среды, уровни
температур и др.).
В данной работе рассматривается и предлагается к внедрению способ удаления
железооксидных отложений, который не связан с какими–либо окислительными или
химическими реакциями.
Метод основывается на взаимодействии адсорбирующихся на поверхности
металла молекул поверхностно–активного вещества, в процессе чего происходит
разрыхление и ослабление сцепления железооксидных и других отложений с
поверхностью металла, что в конечном итоге при воздействии потока рабочего тела (пар,
вода) обеспечивает их вынос из очищаемого тракта и образование коррозионно-стойкой
защитной молекулярной пленки (по сути нанотехнологический процесс).
Предпусковая послемонтажная очистка котла (Е-50-14-225ГМ) пленкообразующими
аминами, по данным ВНИИАМ, проводилась в России на Бежецкой ТЭЦ и по данным МЭИ на
Шатурской ГРЭС, Рязанской ГРЭС, Черепетской ГРЭС, Приморской ГРЭС, Камчатской
ТЭЦ–1.
На всех этих эл.станциях применялся метод циркуляции моющего раствора,
используя смонтированную схему кислотной промывки с последующим ее демонтажем.
Данных по предлагаемой технологии очистки оборудования пленкообразующими
аминами (ODACON) без монтажа (демонтажа) специальной схемы циркуляционного контура, на
полностью смонтированном и готовом к пуску котле, не имеется.
Это новое технологическое решение.
Очистка поверхности металла с использованием ODACON основывается на
эффекте интенсивного вымывания пленкообразующими аминами оксидов железа, меди,
цинка, органических веществ, и др., что подтверждает достаточный технологический
опыт консервации энергоблоков с использованием ODACON.
2. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ПРЕДПУСКОВОЙ
ОЧИСТКИ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИМИ АМИНАМИ
Специалистами технологической фирмы OÜ Energoressurss Grupp, Эстония,
разработана принципиально новая технология предпусковой очистки пароводяного тракта
энергоблоков включающего котлоагрегат, ПВД и др. оборудование.
Проведение технологических работ по предпусковой очистке пароводяного контура
энергоблока не требует дополнительного монтажа ( демонтажа) специальных схем, но
требует послемонтажную готовность котлоагрегата
для проведения его парового
опробования,которое проводится сразу после окончания очистки, без останова
котельного агрегата.
Исследования, проводившиеся в МЭИ, ВНИИАМ ( Россия), IFE и REICON (ФРГ)
по вздействию поверхностно-активных , пленкообразующих веществ на гидродинимику
двухфазных сред, тепломассообмен при кипении и конденсации и эррозионнокоррозионные процессы выявили достаточно высокие моющие свойства поверхностноактивных веществ (ПАВ) для железооксидных отложений на поверхностях труб.
Важным свойством ОДА является его способность снижать поверхностное
натяжение на границе раздела газ-жидкость в результате адсорбции молекул ОДА в
поверхностном слое. ОДА способен гидрофобизировать поверхность металла в результате
ориентированной адсорбции молекул ОДА и создания барьера между металлом и средой.
Адсорбируясь на поверхность железооксидных загрязнений, молекулы ОДА создают
хорошо гидратированный адсорбционный слой, что обуславливает возникновение
расклинивающего эффекта и отрыв отложений с поверхности.
Степень адсорбции ОДА зависит от концентрации реагента, скорости, значения pH
и теплофизических параметров водной среды, длительности контакта с обрабатываемой
поверхностью.
Для предпусковой очистки оборудования энергоблоков ОДА-кондиционный
(ODACON) , имеющий европейский сертификат качества DIN EN ISO 9001:1994 и
соответствующий российским ТУ-6-36-1044808-361-89 от 20.04.90г.
ОБЩИЕ СВОЙСТВА ODACON С18 Н37 NH2
Удельный вес (при 500С)
0,79 – 0,82
Массовая доля первичных аминов
не менее 99,7%
Массовая доля вторичных аминов
не более 0,3%
Йодное число (гйода/100г.продукта,
(характеризует количество непредельных углеводородов)
не более 2,0
Точка затвердевания
39,20С
Содержание воды
не более 0,2%
Массовая доля амидов
отсутствуют
Массовая доля нитрилов
отсутствуют
Внешний вид
аморфная воскообразная масса белого цвета
Температура кристаллизации
37 – 450С
Молекулярный вес
269,52 кг/моль (усл.)
Температура вспышки в открытом тигле
167,30С
Температура воспламенения
188,00С
Температура воспламенения
280,00С
АДСОРБЦИЯ ODACON НА РАЗЛИЧНЫХ СТАЛЯХ:
ODACON, как высокомолекулярный амин имеет структуру длинной неполярной
цепочки с сильно полярной аминной группой на конце. Вследствии такого строения
ODACON является поверхностно-активным веществом и способен адсорбироваться
на металлах и сплавах независимо от чистоты их поверхности в виде молекулярных
пленок.
Использование ODACON как ингибитора коррозии обусловлено его свойством,
вытесняя влагу, образовывать на поверхности металлов неразрывную гидрофобную
(несмачиваемую) плёнку толщиной в одну молекулу, которая надёжно защищает
поверхность металла от контакта с различного рода окислителями.
При этом, являясь поверхностно-активным веществом, ODACON проникает под все виды
отложений, разрушая их на мельчайшие частицы, каждая из которых в свою очередь
также обволакивается плёнкой ODACON .
В дальнейшем, эти частицы, не слипаясь между собой, перемещаются с током
воды в виде взвеси, оседая в грязевиках, застойных зонах, выносясь из системы вместе с
водой при продувках и протечках. В результате, все поверхности, контактирующие с
эмульсией ODACON, постоянно защищены от коррозии, при этом непрерывно ведётся
"мягкая" отмывка всего контура. Надо отметить, что ODACON не вступает в реакцию с
металлами.
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРЕДПУСКОВОЙ ОЧИСТКИ
ПАРОВОДЯНОГО ТРАКТА ЭНЕРГОБЛОКА С КОТЛОМ ТГМЕ-428
ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИМИ АМИНАМИ
Целью является организация и проведение работ по предпусковой очистке
пароводяного тракта энергоблока с котлом ТГМЕ-428 пленкообразующими аминами –
ODACON.
3.1. Перечень необходимых мероприятий перед началом работ.
3.1.1. Выполнить подключение дозирующих устройств (насос-дозатор) эмульсии ODACON:



всас питательного насоса.
нижние точки экранов котла.
барабан котла по линии фосфатирования.
3.1.2. Проверить работоспособность пробоотборных точек всех элементов контура
очистки.
3.1.3. Для проведения химических анализов подготовить химические реактивы, посуду и
приборы.
3.2. Проведение работ.
3.2.1 .Котел находится в холодном состоянии, опорожнен.
3.2.2 .Собрать схему растопки котла, проведя соответствующие переключения.
3.2.3. Заполнить котел до растопочного уровня.
3.2.4. Растопить котел, поднять давление в барабане котла до 10-12 кг/см2. Сброс пара
через продувку пароперегревателя в атмосферу. Фосфаты не дозировать.
При подъеме давления, проводятся хим.анализы на содержание в котловой воде
железа.
3.2.5. Провести интенсивную продувку нижних точек котла. Котел остановить.
3.2.6. При снижении давления в барабане котла до 1 кг/см2, котел полностью
сдренировать.
3.2.7. После полного опоржнения котла, начать его заполнение через нижние точки на
1/3 высоты топочных экранов.
3.2.8. В период заполнения котла провести дозирование ODACON в нижние точки котла
отдельно через каждую панель поверхностей нагрева.
После окончания дозирования ODACON, подпитать котел до растопочного уровня и
растопить с минимальной нагрузкой.
3.2.9. Работа котла проводится по штатной схеме с непрерывной продувкой, на
согласованных в рабочей программе нагрузках, с дозированием ODACON на всас
питательного насоса и при определенных условиях в барабан котла.
Сброс пара осуществляется по согласованной схеме с использованием обще
станционного оборудования или в атмосферу.
3.2.10. Схему набора концентрации моющего раствора на различных участках
пароводяного тракта энергоблока определяют на основании физико-химического
контроля.
3.2.11. Периодическую продувку котла проводят в интервалах времени в соответствии с
рабочей программой.
3.2.12. Продолжительность предпусковой очистки определяется по результатам физикохимического контроля и составляет ориентировочно 2-3 суток.
3.2.13. После окончания работ по предпусковой очистке, продолжить работу котла по
программе его парового опробования.
3.2.14. По окончании парового опробования, котел остановить и начать естественное
расхолаживание всего пароводяного тракта энергоблока.
3.2.15. Дренирование участков пароводяного тракта и котла произвести при температуре
моющего раствора 50-60 0С.
В дальнейшем котлоагрегат и пароводяной тракт энергоблока, участвовавший в
предпусковой очистке, могут находиться незаполненными водой до 3-х лет, т.к.
внутренняя поверхность труб после очистки надежно защищена молекулярной пленкой
поверхностно-активных веществ.
4. ПРЕИМУЩЕСТВА
ТЕХНОЛОГИИ
ПРЕДПУСКОВОЙ
ОЧИСТКИ
ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГОБЛОКОВ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИМИ АМИНАМИ
ODACON





Не требуется монтаж и демонтаж дополнительных трубопроводов, арматуры и др.
оборудования, как например, для предпусковой кислотной промывки.
Предпусковая очистка пленкообразующими аминами обеспечивает полную
санацию внутренней поверхности туб поверхностей нагрева и всего пароводяного
тракта, т.е. удаление (вымывание) возможных коррозионно-агрессивных веществ,
как хлориды, сульфаты и др.
Сформированная в процессе предпусковой очистки гидрофобная молекулярная
пленка обеспечивает надежную защиту от атмосферной коррозии(коэффициент
защиты 80-95%) всего пароводяного тракта энергоблока и внутренних
поверхностей нагрева котла на длительный период (3-4 года)вне зависимости
заполнено оборудование водой или нет.
Предпусковая очистка по технологии ODACON обеспечивает оперативную
стабилизацию водно-химического режима при пуске энергоблока.
Гарантирует экологическую чистоту.
5. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ СТОИМОСТЬ РАБОТ ПО ПРЕДПУСКОЙВОЙ
ОЧИСТКЕ ПАРОВОДЯНОГО ТРАКТА ЭНЕРГОБЛОКА С КОТЛОМ тгме-428
ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИМИ АМИНАМИ.
5.1. Стоимость работ по предпусковой очистке определяется из следующих основных
характеристик:
5.1.1. Площади поверхности металла, подвергающегося предпусковой очистке.
5.1.2. Степени загрязненности внутренней поверхности труб.
5.1.3. Качественного состава имеющихся отложений.
5.1.4. Начальной концентрации моющей эмульсии пленкообразующих аминов.
5.2. Основной составляющей стоимости работ, является стоимость эмульсии ODACON.
1 кг. 10% эмульсии ODACON стоит 15 Евро (без учета транспортных и
накладных расходов). Для энергоблока 100 Мвт расчетная потребность 10%
эмульсии ODACON составляет 1,5 – 2,0 тн.
5.3. Стоимость работ так же включается:
 Ознакомление






с запросом
Заказчика, составление сметно-договорной
документации.
Проведение подготовительных работ.
Проведение технологических работ по предпусковой очистке.
Проведение физико-химического контроля.
Обработка полученных результатов.
Оценка эффективности проведенной предпусковой очистки и составление
технического отчета.
Транспортные и командировочные расходы.
Стоимость работ по предпусковой очистке оборудования энергоблока 80-100 Мвт с
котлоагрегатом ТГМЕ-428, используя предлагаемую технологию c ODACON, составит
ориентировочно 50 тыс. Евро.