Тема 7. Технология обработки воды в дизелях

 

7.1.Назначение и эксплуатация системы охлаждения.

 

Поддержание необходимого теплового режима путём отвода теплоты в главных и вспомогательных дизелях, турбокомпрессорах, подшипниках и дейдвудных устройствах валопроводов, в компрессорах и других элементах СЭУ – главное назначение системы охлаждения.

В современных судовых двигателях в качестве охлаждающей среды в основном используют пресную воду благодаря её значительно меньшей коррозионной активности и накипеобразующей способности. Использование закрытого контура циркуляции воды в системе охлаждения даёт возможность поддерживать качество воды на необходимом уровне путём её химической обработки.

Элементы конструкции дизеля, трубопроводы, теплообменные аппараты выполнены из чугуна, стали или сплавов меди (латуни, бронзы и др.). Эти материалы, находясь в контакте с водой, не прошедшей должной обработки, постоянно разрушаются, подвергаясь действию коррозии. По виду коррозию подразделяют на общую и местную.

При общей коррозии металл разрушается в глубину более или менее равномерно, продукты коррозии загрязняют охлаждающую воду, выпадают в шлам и откладываются в застойных полостях охлаждаемых элементов.

Местная коррозия, выражается в появлении коррозионного разрушения поверхностей на небольших площадях, язвин, свищей, протекает с большей скоростью, поэтому представляет большую опасность для механической прочности и плотности конструкций. Особым видом является межкристаллитная коррозия, действие которой носит избирательный характер. Особенно чувствительны к ней сплавы металлов. Начинается она на границах разделяющих отдельные кристаллы сплава.

Образующиеся продукты коррозии оказывают расклинивающее действие на кристаллы, возникающие микрокристаллические трещины постепенно переходят в более крупные, иногда сквозные. Наиболее распространена электрохимическая коррозия в системах охлаждения, где функции электролита выполняет вода, содержащая водородные (Н⁺) и гидроксильные (ОН^-) ионы. В химически чистой дистиллированной воде ионы Н⁺ и ОН^- находятся в равновесии, электрическая проводимость воды близка нулю и электрохимические процессы коррозии в ней практически не происходят. В противоположность пресной воде морская вода благодаря наличию в ней растворенных солей обладает хорошей проводимостью, поэтому электрохимическая коррозия протекает с большой скоростью.

Наибольшие разрушения отмечаются на участках системы охлаждения, где циркулирует забортная вода. В замкнутом контуре охлаждения коррозия носит ограниченный характер, но усиливается, если происходит подсаливание пресной воды через протечки в водоводяных охладителях. Скорость коррозии увеличивается при росте концентрации ионов водорода (Н⁺) в воде и наоборот, если придать воде щелочную реакцию, то скорость коррозии можно уменьшить. Если в воде присутствует кислород, он, взаимодействуя со скапливающимися на катодной поверхности водородом, образует воду. В случае такой реакции образованная на катоде защитная пленка из водорода разрушается. Находящиеся в воде ионы водорода получают возможность свободно соединяться с электронами катода в итоге коррозия прогрессирует.

Образование на поверхности анода слоя, состоящего из продуктов коррозии – одна из форм анодной поляризации. Продукт коррозии действует как изолятор, предотвращая дальнейшие реакции и таким образом, тормозя коррозию. Ионы Fe²⁺ (двухвалетного железа), выделяющиеся на анодных участках стальных поверхностей, в отсутствии кислорода взаимодействуют с находящимися в воде гидроксильными ионами, образуя гидроокись железа, в результате ряда сложных реакций переходит в магнетит Fe₃О₄, откладывающийся на аноде в виде плотного слоя, хорошо защищая его от дальнейшего разрушения. В создании подобных защитных пленок на поверхности металла заключается пассивация металла.

Не все продукты коррозии железа оказывают пассивирующее действие. Если в воде содержится в значительном количестве кислород, гидроокись двухвалетного железа может не превратиться в магнетит, а вместо него образуется гидроокись, содержащая трёхвалетное железо – одна из типичных форм ржавчины. Её защитные свойства незначительны. Плохо защищает металл вследствии рыхлой структуры образующаяся в присутствии кислорода окись железа Fe₂О_3.

Вид образовавшихся продуктов коррозии железа можно определить по цвету. Гидроокись железа (FeОН)₂ имеет белый цвет, гидроокись трёхвалетного железа Fe(ОН)₃ – жёлтый или оранжевый, окись железа Fe₂О₃ – красный или коричневый, а магнетит Fe₃О₄ – чёрный.

Кислотная коррозия возникает, если в систему охлаждения попала забортная вода, обычно содержащая в значительных количествах, хлорид магния, активно понижающий водородный показатель воды.

В результате образующаяся соляная кислота начинает разъедать металлические поверхности по реакции:

Fe+2НСl→FeСl₂+Н₂ (7.1.1)

При этом коррозия развивается настолько активно, что даже присутствие в воде ингибитора коррозии не в соответствии её замедлить. Противокоррозионная защита должна быть основана на предотвращении высоких концентраций ионов водорода в охлаждающей воде, т.е. поддержание высоких значений рН (рН 8÷9), поссивации металлических поверхностей путём создания на них прочных защитных пленок, удаление из воды растворенного кислорода путём исключения перемешивания воды с воздухом и включения в систему деаэраторов, сокращение содержания хлоридов в воде.

Кавитационная эрозия

Охлаждаемые поверхности деталей дизеля наряду с коррозионными повреждениями подвергаются действию кавитационной эрозии.

Степень кавитационных разрушений в дизеле зависит от интенсивности колебаний (амплитуды и частоты) вибрационных поверхностей, конструкции полостей и систем охлаждения, свойств охлаждающей среды и механических свойств материала подверженных кавитации поверхностей.

Накипе- и шламообразование

При эксплуатации системы охлаждения в полостях, где скорость воды невелика и могут образовываться застойные зоны, скапливается шлам, состоящий из твёрдых взвешенных веществ (продуктов коррозии, накипи солей кальция и магния, содержащихся в значительных количествах, в морской воде и попадающих с ней в систему охлаждения). Особенность соединений кальция и магния заключается в том, что в холодной воде они находятся в растворенном состоянии, но уже при 50 ⁰С – 55 ⁰С из раствора начинают выделяться и выпадать в осадок либо откладываться в виде слоя накипи на горячих поверхностях. Содержание этих солей характеризуют жёсткость воды.

 

7.2.Присадки для обеспечения и поддержания водных режимов ДВС: антикоррозионные масла, нитрит-боратные присадки, хроматные присадки.

 

Водные режимы систем охлаждения ДВС должны обеспечивать предотвращение кавитационно-коррозионных разрушений втулок и блоков цилиндров и образования накипи, осадков в полостях, охлаждения двигателей, крышек, клапанов и теплообменников. Водные режимы в системах охлаждения ДВС определяются качеством охлаждающей воды, применением присадок и промывкой систем. Для защиты поверхностей втулок и блоков двигателей со стороны охлаждения от кавитационно-коррозионных разрушений применяются специальные присадки (ингибиторы) к охлаждающей воде. Используются хроматно-щелочные, нитрит- боратные, нитратно-щелочные или эмульсионные присадки.

Эффективность применения ингибитора „Экстрол" во многом зависит от тщательности очистки системы охлаждения, качества воды и контроля в процессе эксплуатации. Перед заполнением система охлаждения, включая расширительную цистерну, тщательно очищается от шлама, накипи, окислов железа, при этом химическая очистка предпочтительней. После очистки система охлаждения промывается дистиллятом до значения рН не менее 7,5 и отсутствия механических и масляных примесей в промывочной воде, затем - эмульсией ингибитора „Экстрол". Концентрация ингибитора для промывки должна быть 0,2... 0,3 %, если моющие средства для очистки систем не применялись, и 0,4... 0,5 % в случае использования моющих средств или новой системы охлаждения. Это необходимо для создания защитного слоя ингибитора на чистых металлических поверхностях. Промывку системы охлаждения проводят в течение 1... 2 сут при работающем двигателе (на ходовых или швартовных испытаниях) при температуре эмульсии не ниже 50 °С или на стоянке при наличии подогревателя воды. После промывки вода должна быть полностью удалена из системы с последующим заполнением ее свежей эмульсией.

При использовании ингибитора „Экстрол" исходное качество охлаждающей воды должно быть достаточно высоким. В наибольшей степени удовлетворяет предъявляемым требованиям дистиллят, вырабатываемый современными опреснительными установками. Типичные показатели дистиллята: содержание хлоридов до 15 мг/л (предельное 50 мг/л) и общая жесткость 0,15 мг-экв/л (предельная 0,5 мг-экв/л).

Расчетное количество ингибитора вводится в систему охлаждения в виде концентрированного раствора: 1 л на 4... 5 л воды с температурой40…50⁰С. Раствор тщательно перемешивается с целью достижения однородной эмульсии светло-коричневого цвета. Ввод эмульсии в систему рекомендуется через специальный бачок, устанавливаемый на всасывающей стороне циркуляционного насоса, или через трубку вакуумметра. Раствор можно вводить в расширительную цистерну. При этом система должна быть заполнена до рабочего объема. Для тщательного перемешивания эмульсии необходимо на 1 ч включить циркуляционный насос или на 30 мин запустить двигатель в работу. Рабочая концентрация ингибитора „Экстрол" в охлаждающей воде должна составлять 0,3... 0,1 %. При уменьшении концентрации ниже 0,1 % вводится дополнительное количество ингибитора до рабочей концентрации 0,2 %:

А=(0,2-К)V/100, (7.2.1)

где А - количество добавляемого ингибитора, л; К -- концентрация ингибитора в системе, %; V - вместимость системы охлаждения, л.

Концентрация ингибитора в системе охлаждения контролируется не реже 1 раза в 5 дней методом сравнения с эталонами. Эталоны готовят и выдают на суда теплохимические лаборатории, обслуживающие судовладельцев. Помимо этого, ежедневно через смотровые стекла производится визуальная оценка эмульсии, которая должна быть однородной без видимых следов расслоения. Общая жесткость и содержание хлоридов в охлаждающей воде определяются не реже 1 раза в 10... 15 дней.

Показатели охлаждающей воды определяются с помощью лабораторииСКЛАВ-1. Предельными показателями, требующими замены охлаждающей воды, являются: общая жесткость - более 2,0 мг-экв/л; содержание хлоридов по хлор-иону - более 200 мг/л. Для ряда двигателей предельные показатели могут быть более жесткими. Конкретные показатели устанавливаются теплотехнической службой судовладельца и вносятся в «Журнал контроля качества воды циркуляционной системы охлаждения двигателей».

Ингибитор «Экстрол» допускается к применению в системах охлаждения двигателей, заводами-изготовителями которых рекомендованы эмульсионные присадки к охлаждающей воде. Ингибитор «Экстрол» относится к малотоксичным соединениям, оказывает умеренное раздражающее действие на кожу и слабое на слизистую оболочку глаза. При попадании ингибитора на кожу следует промыть ее горячей водой с мылом (при частом попадании может вызвать раздражение).

Нитрит-боратные присадки проявляют ингибирующие свойства при низких дозировках составляющих компонентов, не образуют шлама, позволяют создать безнакипный режим, обеспечивают защитную реакцию среды и стабильное значение водородного показателя рН.

В состав отечественной нитрит-тетраборатной присадки входят: тетраборат натрия (бура техническая) по ГОСТ 8429-77, дозируется из расчета 1... 2 кг на 1 т воды; нитрит натрия (технический) по ГОСТ 19906-74, дозируется из расчета 1... 2,5 кг на 1 т воды.

Нитратно-щелочные присадки бывают двух- и четырехкомпонентные.

Двухкомпонентные присадки применяются для защиты от коррозии систем охлаждения из черных металлов путем поддержания рН на уровне 9... 10 и введения в охлаждающую воду силиката натрия (300... 600 мг/л)и нитрита натрия (1000... 1500 мг/л). В дизелях с охлаждаемыми поверхностями из алюминиевых сплавов и свинцово-оловянистого припоя рекомендуется четырехкомпонентная присадка, состоящая из нитрита натрия (1000... 1200 мг/л), силиката натрия (450... 600мг/л), буры или тетраборнокислого натрия (800... 1000 мг/л) и ингибитора коррозии цветных сплавов бензотриазола (200... 300 мг/л), при поддержании рН в воде в пределах 8,5...9,5.

Получила распространение присадка на основе нитрита натрия (сухого или 28 %-ного водного раствора) и одного из щелочных препаратов (тринатрийфосфата, противонакипина МФ, кальцинированной или каустической соды) при поддержании рН в пределах 8... 11, при этом щелочное число должно быть 10…100 мг/л, а содержание хлоридов до 50 мг/л.