Характеристика отложений в котельных установках.

Вещество	Характеристика отложений
Сульфат кальция CaSO4	Твердая, хорошо прилипающая накипь в паровом котле (единственное место, где она образуется из необработанной или недостаточно обработанной воды)
Карбонат кальция CaCO3	Обычно отлагается в виде шлама, но часто образуется накипь в докотловых системах и отложения различной твердости в паровых котлах
Основной фосфат кальция 3Ca(PO4)2×Ca(OH)2	Оседает главным образом в виде шлама, но при обработке фосфатом образует в котах мягкий и, как правило, тонкий слой отложений на большой поверхности котла
Гидроокись магния Mg(OH)2	Редко образует накипь, обычно входит в состав шламов при обработке воды карбонатом
Гидрооксифосфат магния Mg3(PO4)2×Mg(OH)2	При образовании в паровых котлах дает обычно мягкие отложения, достигающие иногда большой толщины
Силикаты:
акмит Na2O×Fe2O3×4SiO2	Появляются в виде твердой, хорошо прилипающей накипи на поверхностях с высокой температурой
анальцит Na2O×Al2O3×4SiO2×H2O
пектолит Na2O×4CaO×6SiO2×H2O	Появляются в виде очень твердой накипи
ксонотлит 5CaO×5SiO2×H2O
сепиолит 2MgO×3SiO2×4H2O	Обычно входит в состав мягких отложений
серпентин 3MgO×2SiO2×2H2O	Является обычным компонентом шламов и отложений, образующихся при обработке котловой воды карбонатом и фосфатом

 

Теплоизолирующие свойства отложений характеризуются следующими физико-механическими показателями: структура (пористость), теплопроводность, толщина и сила сцепления их с поверхностью металла.

1.2.3. Условия образования накипи.

Условия образования твердой фазы из солевых растворов

Согласно современным представлениям накипь и шлам образуются в результате физико-химических процессов, из которых основным является процесс кристаллизации, характеризующийся выделением твердой фазы из многокомпонентных солевых растворов. Выделение твердой фазы из раствора солей при его нагревании и кипячении может происходить различными путями. Например, из пересыщенного раствора солей могут сначала отлагаться на отдельных участках поверхности металла первичные зародышевые кристаллы, которые затем укрупняются и разрастаются. Образование на поверхности металла первичных кристаллов накипи, являющихся своего рода связующим звеном между металлом стенки и слоем последующих твердых отложений, может быть объяснено тем, что поверхность металла обладает шероховатостью. Многочисленные бугорки на этой поверхности представляют собой центры кристаллизации твердой фазы из пересыщенного раствора. Кроме того, следует иметь в виду, что поверхность нагрева обычно покрыта слоем окислов, который выполняет роль цементирующей прослойки между металлом и отложениями, кристаллизующимися из раствора.

К типичным накипеобразователям могут быть отнесены сернокислый кальций, силикат кальция и сложные алюмоферросиликаты.

Образование котельного шлама происходит в результате выделения в толще пересыщенного раствора кальциевых и магниевых солей зародышей твердой фазы, представляющих собой многочисленные центры кристаллизации солей. На этих центрах откладываются последующие молекулы кристаллизующейся соли. Ставший таким образом видимым осадок имеет аморфное или скрытое кристаллическое строение; далее частицы сливаются и с течением времени образуют кристаллические или хлопьевидные осадки. Типичными шламо-образователями являются силикат магния (серпентин), гидроксилапатит и карбонат кальция (в щелочной среде).

Одни вещества, выделяясь из раствора в виде твердой фазы, кристаллизуются на горячих (нагреваемых снаружи) поверхностях нагрева, другие – на холодных (охлаждаемых снаружи) поверхностях охлаждения, образуя в том и другом случаях прочную и плотную накипь; третьи выпадают в толще воды в виде взвешенных шламовых частиц. Если кристаллизация солей происходит непосредственно на поверхности нагрева или охлаждения и при этом образуются твердые отложения, то такое явление называют первичным процессом накипеобразования. Вторичный процесс накипеобразования характеризуется тем, что выпавшие вначале в толщине котловой воды взвешенные частицы осаждаются и затем образуют прочно сцепленные с поверхностью нагрева вторичные отложения.

Условия образования щелочноземельных накипей

Щелочноземельные накипи образуются в тех случаях, когда в подогреваемой или испаряемой воде одновременно находятся катионы Са²⁺ и Mg²⁺ и анионы CO₃^2-, SO₄^2- и SiO₃^2-, с которыми они образуют трудно-растворимые соединения: СаСО₃, Mg(OH)₂, CaSO₄, Са(НСО₃)₂, Mg(HCO₃)₂, CaSiO₃, MgSiO₃, MgCO₃.

Эти соединения выделяются в твердую фазу в результате физических и химических процессов. К физическим процессам относится постепенное повышение концентрации солей в котловой воде при продолжительном ее выпаривании, в результате чего наступает момент, когда достигается предел растворимости труднорастворимых солей и происходит выделение их в твердую фазу из пересыщенного раствора.

К химическим процессам накипеобразования относятся следующие:

а) термический распад бикарбонатов кальция и магния:

Са(НСО₃)₂→СаСО₃+Н₂О+СО₂;

Mg(НСО₃)₂→MgСО₃+Н₂О+СО₂;

в результате которого бикарбонаты кальция и магния преобразуются в менее растворимые карбонаты кальция и магния;

б) гидролиз карбоната магния, в результате которого последний переводится в еще менее растворимую гидроокись магния:

MgСО₃+2H₂О→Mg(OH)₂+H₂CO₃;

в) реакции взаимного обмена, в результате которых образуются соли с меньшей растворимостью, например:

CaCl₂+Na₂SiO₃→CaSiO₃+2NaCl

 

Условия образования ферро- и алюмосиликатных накипей

Ферро- и алюмоспликатные накипи образуются на высокотеплонапряженных поверхностях парообразующих труб в результате топохимических реакций веществ, входящих в их состав и находящихся в тесном соприкосновении. Характер этих реакций существенно отличается от характера реакций, протекающих между теми же веществами, находящимися в растворенном состоянии. Особенностью их является то, что для их протекания вовсе не требуется приближение к температуре плавления системы или хотя бы одного из ее компонентов: взаимодействие между веществами начинается задолго до перехода их в жидкую фазу.

 

Условия образования железоокисньгх и железофосфатных накипей.

Железоокисные накипи образуются на наиболее теплонапряженных участках парообразующих труб за счет окислов железа, попадающих в котловую воду при разрушении слоя прокатной окалины и ржавчины на внутренних поверхностях парогенератора, а также поступающих в парогенератор с питательной водой в результате коррозии ее тракта и накапливающихся в парогенераторе при нарушении нормального режима шламовых продувок.