УДК - Азовский морской институт ОНМА

Министерство образования и науки Украины
АЗОВСКИЙ МОРСКОЙ ИНСТИТУТ
Одесской национальной морской академии
Кафедра эксплуатации судовых энергетических установок
ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СУДОВЫХ КОТЛОВ
ОТ НАКИПНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для выполнения практической работы по дисциплине
«Технология использования воды, топлив и смазок»
Утверждено
Ученым советом АМИ ОНМА
протокол №4 от
Мариуполь 2010
Страница 1
УДК 629.12:621.18
Т 84
ББК 39.455.11.
Технология очистки судовых котлов от накипных отложений : методические
указания для выполнения практической работы по дисциплине «Технология
использования воды, топлив и смазок» / Сост. Е.Н.Крючкова. – Мариуполь:
АМИ ОНМА, 2010.- 23с.
Составитель: Е.Н.Крючкова, канд. хим. наук, доцент кафедры ЭСЭУ.
Изложены методика и порядок выполнения практической работы по
разработке технологии очистки вспомогательных и утилизационных
судовых котлов от накипных отложений. Даны варианты исходных данных
для выполнения практической работы, рекомендации по выбору
технологической схемы очистки и составлению отчета. Разработаны для
студентов 3 курса специальности эксплуатация судовых энергетических
установок Азовского морского института Одесской национальной морской
академии.
Викладенi методика i порядок виконання практичноi роботи з розробки
технологii очищення допомiжних та утилiзацiйних суднових котлiв вiд
накипних вiдкладень. Наданi варiанти вихiдних даних для виконання
практичноi роботи, рекомендацii щодо вибору технологiчноi схеми очищення
та складання звiту. Розроблено для студентiв 3 курсу спецiальностi
експлуатацiя суднових енергетичних установок Азовського морського
iнстiтута Одеськоi нацiональноi морськоi академii.
Рассмотрено и одобрено
на заседании кафедры ЕН и ГД
протокол № 7 от 27.04.2010
Рецензент: В.П.Литвиненко,
канд. техн. наук, доц. АМИ ОНМА
Азовский морской институт ОНМА, 20
Страница 2
Содержание.
Введение…………………………………………………………………………4
1. Рекомендации по выбору препаратов и разработке технологии очистки
судовых котлов от накипных отложений………………………………………4
1.1 Препараты фирмы «Дрю Амероид» (Drew Ameroid), США……………5
1.2. Препараты фирмы «Перолин» (Perolin), США…………………………..6
1.3. Препараты фирмы «Роухем» (Rochem), Англия………………………....6
1.4. Препараты фирмы «Веком» (Vecom), США…………………………… ..7
1.5. Препараты фирмаы «Гамлен» (Gamlen), Англия………………………...8
1.6. Препараты фирмы UNITOR, Норвегтия………………………………….9
1.7. Разработка технологии очистки судовых котлов от накипных
отложений………………………………………………………………………..10
2. Контрольные вопросы………………………………………………………...17
3. Последовательность выполнения работы и составление отчета…………..17
3.1. Последовательность выполнения работы………………………………...17
3.2.Пример составления отчета о разработке технологии очистки
вспомогательного котла от накипных отложений…………………………….17
4. Критерии оценки выполненной работы……………………………………..22
5. Список рекомендованной литературы…………….. ……………………….22
6.Варианты исходных данных для выполнения практической работы.……..22
Страница 3
ВВЕДЕНИЕ
Развитие науки и техники, постоянное усовершенствование судов речного
и морского флота, уровня технической эксплуатации судовых
энергетических установок требуют подготовки вахтенных механиков в
соответствии с конвенцией ПДМНВ. В связи с этим важная роль в
подготовке бакалавров судовой энергетики отводится изучению дисциплины
«Технология использования воды, топлива и смазок» на судах.
Важным моментом в обслуживании судового энергетического
оборудования является очистка котлов от накипных отложений. После
окончания изучения дисциплины курсант (студент) должен
уметь
самостоятельно оценить тип образовавшейся в котле накипи и предельную
загрязненность внутренних поверхностей, правильно выбрать препараты для
растворения накипных отложений, рассчитать время процесса и его
параметры, осуществить очистку на практике. По окончании процедуры
очистки грамотно ввести котел в эксплуатацию.
Необходимые знания и умения студент получает в процессе выполнения
практической работы «Технология очистки судовых котлов от накипных
отложений».
1. РЕКОМЕНДВЦИИ ПО ВЫБОРУ ПРЕПАРАТОВ И РАЗРАБОТКЕ
ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СУДОВЫХ КОТЛОВ ОТ НАКИПНЫХ
ОТЛОЖЕНИЙ
Практика обслуживания судовых котлов показывает, что со временем на
внутренних поверхностях нагрева образуются накипные отложения. Состав
накипи и скорость ее образования зависит от вида добавочной воды. При
использовании в качестве добавочной пресной воды на поверхностях нагрева
преобладают
щелочноземельные
накипи,
состоящие
из
солей
щелочноземельных металлов: карбонатов, сульфатов, фосфатов кальция и
магния и гидроксида магния.
При подпитке котлов дистиллятом от опреснительных установок
образуются окисные накипи, состоящие из оксидов железа и меди.
При переменном типе добавочной воды образуются смешанные накипи,
состоящие как из солей щелочноземельных металлов, так и оксидов.
Подпитку утилизационных котлов всегда ведут дистиллятом и
отложения на внутренних поверхностях оказываются окисного типа.
Состав
накипи
на
поверхностях
вспомогательных
котлов
щелочноземельный или смешанный.
Химические очистки котлов от накипных отложений предполагают
растворение накипей различными реагентами.
Наиболее часто для растворения щелочноземельных и смешанных
накипей используют сульфаминовую кислоту. Она же может быть
использована и для растворения окисных накипей.
Страница 4
Например:
СаСО3 + 2NH2SO3H → Са(NH2SO3)2 + CO2 + H2O
Mg(ОH)2 + 2NH2SO3H → Mg(NH2SO3)2 + 2H2O
FeO + 2NH2SO3H → Fe(NH2SO3)2+ H2O
Сульфаминовая кислота представляет собой порошок белового цвета,
хорошо растворимый в воде (28 г на 100 г воды при 20оС).
Водные растворы кислоты обладают свойствами сильных минеральных
кислот, поэтому с ними нужно обращаться с соблюдением всех мер техники
безопасности при работе с минеральными кислотами.
Большинство препаратов для очистки котлов импортного производства
также представляют собой сульфаминовую кислоту. Ниже приводятся
препараты, производимые различными фирмами, предназначенные для
растворения накипей, нейтрализации поверхностей и моющих растворов, а
также для удаления с поверхностей промасленного шлама.
1.1.
Препараты фирмы «Дрю Амероид» (Drew Ameroid), США
«Кислота SAF» (SAF Acid) — представляет собой сульфаминовую кислоту с
добавленными к ней смачивающими веществами, ингибитором коррозии и
цветным индикатором реакции среды; выпускается в виде гранулированного
порошка зеленого цвета. Предназначена для очистки паровых котлов,
испарителей и теплообменных аппаратов от накипи и продуктов коррозии.
Применяют в виде 10%-ного водного раствора при температуре 65—70°С
(рН 1,5). В процессе очистки осуществляют непрерывную циркуляцию
раствора. Изменение окраски рабочего раствора с золотистой на зеленую
свидетельствует о необходимости добавки препарата.
Меры предосторожности при работе с порошком и раствором препарата:
защитные очки, резиновые перчатки.
Поставляется в фибровых барабанах массой 50 кг.
«Амероид HDE-777» (Ameroid Heavy Duty Emilsifier-777) — жидкость
соломенно-желтого цвета; температура вспышки 82 °С. Представляет собой
растворенные в органическом растворителе слабовспенивающиеся
детергенты и эмульгаторы. Предназначен для предварительной очистки
внутренних поверхностей паровых котлов от маслянистых загрязнений перед
проведением их очистки от накипи и продуктов коррозии с помощью
кислоты. Используют также для очистки конденсаторов и систем охлаждения
ДВС от загрязнений нефтепродуктами. Применяют методом заполнения
агрегата 2—5 %-ным раствором препарата в воде с подогревом до 50—60°С.
Меры предосторожности при работе с препаратом: защитные очки,
резиновые перчатки; избегать вдыхания паров.
Поставляется в бочках вместимостью 120 л.
Страница 5
«Амероид ВОС» (Ameroid Boil Out Compound) — белые гранулы, хорошо
растворимые в воде. Препарат представляет собой смесь щелочных
химикатов, смачивающих агентов и ингибиторов щелочной хрупкости
металла. Применяют для удаления маслянистых и рыхлых загрязнений из
новых паровых котлов перед вводом их в эксплуатацию и из котлов,
отложения в которых накопились в процессе работы. Дозировка составляет 6
кг на 1 т воды в котле. Выщелачивание ведут с подогревом моющего
раствора путем постепенного подъема давления до половины рабочего в
течение 24 ч при периодических нижних продувках котла.
Сильная щелочь.
Меры предосторожности при работе с препаратом: защитные очки,
резиновые перчатки, фартук.
Поставляется в бочках массой 50 кг.
1.2. Препараты фирмы «Перолин» (Perolin), США
«Перо-Клин 809 М» (Pero-Klean 809 М) — сухой кристаллический препарат,
содержащий сульфаминовую кислоту, ингибитор коррозии,
противовспенивающее вещество и цветной индикатор реакции среды.
Предназначен для удаления накипи и продуктов коррозии металла из
паровых котлов, испарителей, конденсаторов, систем охлаждения и
теплообменников. Применяют в виде 10%-ного водного раствора, используя
метод циркуляции с подогревом Т 70 °С.
Сильная кислота.
Меры предосторожности при работе с препаратом: защитные очки,
резиновые перчатки, спецодежда.
«Перолин LA-133» (Perolin LA-133) — щелочной препарат, при помощи
которого могут быть нейтрализованы (перед выкачкой за борт или в
канализацию) отработавшие после химической очистки паровых котлов и
другого оборудования кислотные растворы. Предназначен для
внутрикотловой обработки воды с целью предотвращения образования
накипи.
1.3. Препараты фирмы «Роухем» (Rochem), Англия
«Роухем DPS» (Rochem Descaling Powder S) — порошок для удаления
накипи; состоит из сухой кислоты, ингибиторов коррозии и смачивающих
веществ. Предназначен для очистки от накипи и продуктов коррозии
паровых котлов, конденсаторов, экономайзеров, испарителей, полостей
охлаждения и пр. Применяют в виде 5 %-ного водного раствора, используя
метод заполнения очищаемой емкости с последующей циркуляцией и
подогревом раствора до 60 °С. Сильная кислота.
Меры предосторожности при работе с препаратом: защитные очки,
резиновые перчатки, спецодежда.
Страница 6
«Жидкость для удаления окалины» (Rochem Descaling Liquid) — жидкий
препарат такого же состава и назначения, что и сухой препарат «Роухем
DPS». Применяют в виде 10 %-ного водного раствора.
Способ применения и меры предосторожности при работе те же.
«Роухем Алклин» (Rochem Alkleen) — порошкообразный или жидкий
препарат, содержащий щелочи, поверхностно-активные вещества
(детергенты и смачиватели) и пассиваторы. Применяют в виде водного
раствора для предварительной очистки паровых котлов от маслянистых
загрязнений и последующей нейтрализации отработавших кислотных
растворов с одновременным пассивированием очищенных металлических
поверхностей. Не рекомендуется применять при наличии деталей из
алюминия, а также сплавов магния и цинка. Сильная щелочь.
Меры предосторожности при работе с препаратом: защитные очки,
резиновые перчатки, спецодежда.
1.4. Препараты фирмы «Веком» (Vecom), США
«Веком ВА-30» (Vecom ВА-30) — жидкая ингибированная кислота.
Предназначена для очистки от накипи и продуктов коррозии паровых котлов,
испарителей, конденсаторов, нагревателей, систем охлаждения,
трубопроводов) и т. п. Содержит усиливающие ее действие поверхностноактивные вещества. При наличии деталей из алюминия, цинка и
оцинкованной стали применение кислоты недопустимо. Расход составляет 3
л препарата на 1 кг котельного камня. Применяют в виде раствора,
содержащего 1 л препарата на 3—10 л воды, на холоде или при подогреве до
65 °С, используя метод наполнения, циркуляции или погружения.
Сильная кислота.
Меры предосторожности при работе с препаратом: защитные очки,
резиновые перчатки, спецодежда.
Поставляется в пластмассовых бидонах вместимостью 25 л.
Веком BA-S (Vecom BA-S) — ингибированная кислота в виде порошка.
Назначение и свойства те же, что и у жидкого препарата «Веком ВА-30», но
более удобна и легка в обращении. Применяют в виде 3—10%-ного водного
раствора при температуре 60-80 °С теми же методами, что и «Веком ВА-30».
Порошок нелетуч негигроскопичен, не воспламеняется, без запаха. Безопасен
при транспортировке и хранении.
Поставляется в барабанах массой 25 и 50 кг.
«Веком BA-S Экстра» (Vecom BA-S Extra) — порошкообразная
ингибированная кислота того же назначения, что и «Веком BA-S», но
безопасная для деталей алюминия и цинка. При наличии оцинкованных
поверхностей использование кислоты противопоказано.
Страница 7
Способ применения и меры предосторожности при работе те же.
Поставляется в барабанах массой 25 и 50 кг.
«Веком В-2» (Vecom В-2) — порошкообразный или жидкий препарат,
содержащий в своем составе щелочи. Применяют в процессе очистки
паровых котлов от накипи в случае наличия в ее составе масла, сульфатов
или силикатов для предварительной обработки внутренних поверхностей
котла в виде 5%-ного водного раствора. Этим же препаратом могут быть
нейтрализованы отработавшие кислотные растворы перед спуском их за борт
или в канализацию.
Сильная щелочь.
Меры предосторожности при работе с препаратом: защитные очки,
резиновые перчатки, спецодежда.
Сухой препарат поставляется в мешках вместимостью 25 кг, жидкий
препарат — в бидонах вместимостью 25 и 60 л.
«Веком NC» (Vecom NC) — порошкообразный щелочной препарат.
Предназначен для нейтрализации отработавших кислотных растворов после
проведения очистки от накипи паровых котлов перед спуском в
канализацию. Препарат того же назначения, что и «Веком В-2» (жидкий), но
более удобен в обращении.
Сильная щелочь. Меры предосторожности при работе с препаратом:
защитные очки, перчатки, спецодежда.
Поставляется в мешках массой 25 кг.
1.5. Препараты фирмаы «Гамлен» (Gamlen), Англия
«Гамлен X» (Gamlen X) — препарат для растворения накипи и ржавчины,
образующихся в паровых котлах, системах охлаждения двигателей
внутреннего сгорания, конденсаторах, экономайзерах, испарительных
установках и различных теплообменниках, находящихся в контакте с водой.
Выпускается в виде жидкого препарата «Гамлен Х Сольвент» и сухого
порошка «Гамлен XD Компаунд». Водные растворы препаратов применяют
методом циркуляции по замкнутому циклу.
Сильная кислота.
Меры предосторожности при работе с препаратами: защитные очки,
резиновые перчатки, спецодежда.
«Гамлен Компаунд № 8» (Gamlen Compound № 8) — серый
порошкообразный щелочной препарат, хорошо растворимый в воде.
Предназначен для очистки от загрязнений маслом поверхностей
конденсаторов, находящихся в контакте внутренних поверхностей паровых
котлов, паропроводов, различных телобменников, а также емкостей.
Вызывает коррозию алюминия и магниевых сплавов.
Сильная щелочь.
Страница 8
Меры предосторожности при работе с препаратом: защитные очки резиновые
перчатки, респиратор.
Упаковывается в полиэтиленовые барабаны массой 22,7 кг.
«Деталан» (производство ГДР) — белая масса, хорошо растворимая в
горячей воде. Анионоактивное моющее средство с высокими смачивающей,
моющей и диспергирующей способностями. Применяют для обезжиривания
деталей машин, а также для очистки от промасленного шлама внутренних
поверхностей паровых котлов перед кислотной очисткой. Концентрация
рабочего водного раствора препарата составляет 0,1—0,2 кг/л.
Поставляется в металлической таре.
1.6.
Препараты фирмы UNITOR, Норвегтия.
«Порошкообразная кислота для удаления накипи и ржавчины» (Descalex) —
порошок красного цвета рН (10 % веса): 1.1; совместимость: металл: не
применяйте с алюминием, цинком, оловом и их сплавами, не применяйте на
гальванизированных поверхностях; резина: не влияет.
Содержит противопенные агенты, цветовой индикатор показывает
концентрацию раствора.
Модуль химической очистки (переносной).
Фирма Unitor разработала 200-литровый переносной модуль для удаления
накипи, предназначенный главным образом для химических кислотных
растворителей для удаления накипи в котлах, калориферах, теплообменниках
и другом оборудовании, где образуется ржавчина и накипь.
Меры по защите: надевайте соответствующую защитную одежду, перчатки и
обеспечьте защиту глаз/лица. Не вдыхайте пыль. Обеспечьте достаточную
общую и местную вытяжную вентиляцию.
Упаковка: не подлежащие возврату емкости. Около 25 кг. В зависимости от
местонахождения и наличия.
«Жидкая кислота для удаления накипи и ржавчины» (Descaling Liquid) —жидкость коричневого цвета плотность: в г/мл при 15 °C: 1.2, совместимость:
металл: содержит ингибитор коррозии; резина: не влияет.
Действие аналогично Descalex.
Для очистки утилизационных котлов и котлов турбоходов от окисных
накипей можно использовать композиции на основе трилона Б (комплексона
III).
CuO + Na2 ЭДТК-H2 + H2O → Cu ЭДТК-Н2 + 2NaOH
формула трилона Б
FeO + Na2 ЭДТК-H2 + H2O → Fe ЭДТК-Н2 + 2NaOH.
Страница 9
Трилон Б – двузамещенная натриевая соль этилендиаминтетрауксусной
кислоты - порошок белого цвета, хорошо растворимый в воде.
1.7. Разработка технологии очистки судовых котлов от накипных
отложений.
Скорость процессов растворения накипи определяется тремя
процессами:
1. Отслаивание частиц накипи под действием выделяющихся газов.
2. Гетерогенная химическая реакция растворения накипи моющим
раствором.
3. Подвод активных веществ к загрязненным поверхностям и отвод
продуктов растворения.
Всю совокупность процессов учитывает теория массопереноса. В
каждый момент времени скорость растворения накипи определяется
следующим уравнением баланса массы:
I= β·C,
где I – скорость растворения накипи;
β – коэффициент массопереноса;
С – концентрация активного раствора.
При использовании опытных величин β, они автоматически учтут весь
сложный механизм растворения отложений в узком диапазоне условий
типовых методов очистки.
Технологические схемы очисток можно подразделить на три основных
вида:
- заливка моющего раствора кислоты без перемешивания раствора.
Эту схему применяют для каналов малого диаметра, когда сложно
реализовать перемешивание раствора.
- очистка по схеме идеального смешения.
Схема предусматривает интенсивное перемешивание моющего раствора
в аппаратах с относительно короткими трубами – барабанных котлах.
Идеальное перемешивание раствора в котле обеспечивают подачей
воздуха в трубы нижнего продувания или естественной циркуляцией при
подогреве раствора форсункой при использовании в качестве активного
вещества трилона Б.
- очистка по схеме вытеснения.
По схемам вытеснения чистят аппараты с трубками большой длины,
например. змеевиковые утилизационные котлы. При такой схеме
взаимодействия раствора с накипью концентрация реагента изменяется не
только со временем, но и по длине канала.
При однократном пребывании раствора в змеевике происходит
проточное вытеснение.
При циркуляционном вытеснении отработанный раствор поступает в
расширительную цистерну, смешивается с новым и опять поступает на вход
в змеевик.
Страница
10
Периодичность очисток котлов от накипных отложений принимают по
опыту эксплуатации котлов - прототипов. Для вспомогательных и
утилизационных котлов при фосфатно-щелочном, фосфатно-нитратном и
фосфатно-коррекционном водных режимах периодичность промывки τп
принимается 4000 ч.
Предельную загрязненность поверхностей нагрева также оценивают по
данным котлов – прототипов (таблица 1).
Тип накипных отложений и предельная загрязненность поверхностей
нагрева, g, кг/м2
Таблица 1.
Назначение и тип котла,
тип конденсатнопитательной системы
Вспомогательный
котел
или
комбинированный
котел, открытая система
питания
Утилизационный
змеевиковый
котел,
открытая система питания
Тип добавочной воды
Пресная
Дистиллят
Тип накипи
g, кг/м2
Тип накипи
g, кг/м2
ЩЗ
0,15
СМ
0,1
СМ
0,07
ОК
0,05
Массу препарата в кг для растворения накипи рассчитывают с учетом
отслаивания нерастворимых компонентов и выпадения их в шлам:
Мр = 0,75·α·Мот,
где Мот – масса отложений в котле, кг;
α – стехиометрический коэффициент.
В зависимости от процесса растворения стехиометрический
коэффициент α принимает различные значения.
При растворении щелочноземельных или смешанных накипей
сульфаминовой кислотой α = (2,0 ± 0,2) кг/кг.
При растворении сульфаминовой кислотой окисных отложений α = (2,45
± 0,15) кг/кг.
При растворении окисных отложений композицией трилона Б с
малеиновым ангидридом коэффициент α рассчитывается по уравнению:
α
2,35
,
0,131М от
1
iV1
где V1 – объем промывочного контура;
i – число этапов очистки (при очистках утилизационных котлов
очистку ведут в один этап, то есть i = 1).
После очистки котлов сульфаминовой кислотой необходимо промыть
поверхности щелочными препаратами для нейтрализации остатков кислоты.
Массу нейтрализующих препаратов рассчитывают по формулам:
Для кальцинированной соды
Страница
11
Мсоды = 1,5V
Для тринатрийфосфата
МТНФ = 1,5V
Для едкого натра
Мщ = 0,7V,
где V – объем котла.
После очистки от накипных отложений композициями на основе
трилона Б нейтрализации не проводится.
Препараты для нейтрализации и для очисток готовят в отдельных
емкостях – бочках. Необходимый объем бочки рассчитывают по формуле:
Vб  1,2
Мр
С max
,
где 1,2 – коэффициент запаса;
М р - масса растворяемого препарата;
С max - максимальная растворимость препарата, С max = 200 кг/м3 для
сульфаминовой кислоты; С max = 50 кг/м3 для композиции трилона Б с
малеиновым ангидридом.
Ввод растворов во вспомогательные котлы предпочтительно вести
самотеком, а в главные котлы паросиловых установок и в утилизационные
котлы – с помощью штатного питательного насоса. Длительность ввода
растворов в котел не должна превышать 45 мин.
Перемешивание моющего раствора в котле при очистке трилоном Б
можно вести естественной циркуляцией с огневым обогревом поверхностей
топочной форсункой.
При
очистке
барабанных
котлов
сульфаминовой
кислотой
перемешивают раствор сжатым воздухом, который подают от системы
хозяйственных нужд по трубам нижнего продувания водяных коллекторов.
При очистках утилизационных котлов – по штатным циркуляционным
схемам.
Спуск отработавших растворов (кислотных, нейтрализующих,
промывочных) от вспомогательных котлов производят за борт по штатным
системам осушения котлов. После промывки утилизационных котлов
растворы удаляют в специально подготовленные цистерны с последующим
удалением за борт на переходах.
Для грамотного проведения процессов очистки необходимо правильно
рассчитать время нахождения моющего раствора в котле – время
растворения накипи.
Для этого нужно определить коэффициент массопередачи, темп очистки
и критерий проточности.
Для растворения щелочноземельных накипей сульфаминовой кислотой в
интервале температур 20 оС ≤ t ≤ 30 о С коэффициент массопередачи
β = (2 ± 0,25)·10-5 м/с.
Для растворения окисных накипей сульфаминовой кислотой в интервале
температур 60о ≤ t ≤ 70о коэффициент массопередачи β = (5,6 ± 0,25)·10-6 м/с.
Страница
12
При очистках барабанных или утилизационных котлов от окисных
накипей композициями на основе трилона Б коэффициент массопередачи
рассчитывается по формуле:
 3500 
β  0,0128exp 
 , м/с
 t  273 
где t – рабочая температура промывки, оС (120о – 150о).
Темп очистки:
К
βF
, с-1
V1
где β – коэффициент массопередачи, м/с;
F - внутренняя поверхность нагрева, м2;
V1 – водяной объем промывочного контура, м3.
Критерий проточности
В
β  L  F 4β  L

,
w  V1
wd
где L – длина загрязненных труб, м;
w – скорость моющего раствора в змеевике, м/с.
При естественной циркуляции раствора (перемешивание сжатым
воздухом) w = 0,1 м/с.
При перемешивании по штатным циркуляционным схемам при очистке
утилизационных котлов
w
4G
, м/с
πd 02 n
где G – подача циркуляционного насоса, м3/ч;
d 0 - внутренний диаметр труб, м;
n - число параллельно соединенных труб.
Величина критерия проточности В определяет технологическую схему
очистки. При численных величинах В ≤ 0,1 очистки идут по схемам
идеального смешения, а время растворения накипи рассчитывают по
уравнению
τ р  τ1 

1  Со
ln
(1  exp(  Кτ 1 ) ,
К  С к Кτ 1

где τ 1 - время ввода реагентов в котел, принимается 1200 с по данным
очисток котлов-прототипов.
Со
 9 - степень срабатывания реагентов при очистке;
Ск
К – темп очистки, рассчитанный ранее.
При величине критерия проточности В ≥ 0,1 очистки идут по схеме
проточного вытеснения.
Если величина В укладывается в рамки 1.0 ≤ В ≤ 5,0, время растворения
накипи при «мгновенном» вводе концентрированного раствора в котел
τ мг 
1,65 С о
ln
exp0,27В .
К
Ск
Страница
13
Если величина В укладывается в рамки 0.1<В<1.0, время растворения
накипи при «мгновенном» вводе реагентов в котел
τ мг 
1,65 С о
ln
exp0,27В .
К
Ск
Время ввода реагентов в котел для схем вытеснения определяем
по формуле:
τ1 
Vб
,
G
где Vб - объем раствора;
G – подача циркуляционного насоса.
Время слива τс принимаем равным 1200 с (20 мин). Тогда общее время
нахождения раствора в котле
τк = τмг + τ1 + τс – для утилизационных котлов
τк = τр + τс – для вспомогательных котлов.
Моющие растворы коррозионно агрессивны. Так, скорость коррозии
стали в растворах трилона Б Iкор = 15 г/м2ч для интервала температур 140о ≤ t
≤ 160оС.
Скорость коррозии сталей в сульфаминовой кислоте при температуре
раствора до 35 оС составляет Iкор = 15 г/м2ч.
При
повышении
температуры
раствора
скорость
коррозии
увеличивается. Поэтому необходимо вводить в раствор ингибиторы
коррозии. Так, в присутствии каптакса (0,2 кг/м3 раствора) или катапина (2,0
кг/м3 раствора) скорость коррозии котельных сталей в растворе
сульфаминовой кислоты при t = 60о - 70о С составляет Iкор = 4 г/м2ч.
Допустимое время контакта [τк] котельного металла с моющим
раствором рассчитывают из условия, что убыль металла с поверхности труб
не превысит технологического допуска за весь ресурс котла:
τ к   30τ п  δ  ρ ,
RI кор
где δ - толщина котельных труб, м;
ρ - плотность металла труб, 7800 кг/м3;
R – ресурс котла, 75000 ч;
I кор - скорость коррозии, г/м2ч.
Время контакта котельного металла τк с агрессивным моющим
раствором при правильно выбранной технологической схему очистки должно
быть меньше допустимого времени контакта [τк]:
τк < [τк]
Под технологической картой очистки котла подразумевается перечень
последовательных стадий работы, необходимых для реализации технологии
на практике в судовых условиях.
Технологическая карта предусматривает следующий перечень работ
(таблица 2).
Страница
14
Перечень и продолжительность операций при очистках вспомогательных
котлов сульфаминовой кислотой
Таблица 2.
Время,
мин
Перечень отдельных стадий работы
1. Подготовить и принести на рабочее место бочку 200 л, химические
препараты, растворы питьевой соды и борной кислоты, шланги для слива
концентрированного раствора, подвода горячей воды. Собрать схему
подвода воздуха к котлу на перемешивание раствора.
2. Снять предохранительный клапан, открыть воздушный кран на
пароводяном барабане.
3. Открыть краны нижнего продувания пароводяного барабана и водяных
коллекторов. Слить воду из котла.
4. Закрыть краны продувания. Заполнить котел по НРУ. Открыть на
продувку кран отбора котловой воды на анализы. Подогреть воду в котле
до рабочей температуры.
5. Растворить расчетную массу реагентов для очистки котла в
подготовленной бочке.
6. Слить концентрированный раствор в котел через фланец
предохранительного клапана. Промыть бочку пресной водой, слить
промывки в котел.
7. Открыть краны продувания коллектора. Отрегулировать подачу
воздуха на перемешивание раствора в котле.
8. Вести промывку внутренних поверхностей заданное время. Отбирать
каждые 15 мин пробы раствора и определять рН.
9. Закрыть краны нижнего продувания водяных коллекторов. Закрыть
воздух на перемешивание раствора в котле.
10. Растворить заданную массу реагентов для нейтрализации котельного
металла.
11. Вести нейтрализацию внутренних поверхностей котла заданное время.
-
10
15
10
25
20
10
расчетное
10
30
60
12. Вести промывку внутренних поверхностей водой заданное время.
45
13. Разобрать временную промывочную схему. Отнести комплектующие
узлы на штатные места. Поставить на место предохранительный клапан.
Закрыть кран продувания линии отбора котловой воды на анализы.
14. Откорректировать качество котловой воды в соответствии с
эксплуатационной инструкцией.
Страница
15
-
Перечень и продолжительность операций при очистках утилизационных
котлов композицией трилона Б с малеиновым ангидридом
Таблица 3
Перечень отдельных стадий работы
1. Обеспечить поступление пара от вспомогательного котла в сепаратор
утилизационного котла. Установить на всасывающем трубопроводе
питательного насоса патрубок с клапаном и штуцером под воздушный шланг.
Принести на рабочее место две емкости по 200 л, химические препараты,
шланги для слива раствора, подвода горячей воды, раствор питьевой соды.
2. Открыть клапаны продувания сепаратора и водяных коллекторов, слить
воду из котла. Закрыть краны продувания.
3. Сообщить сепаратор утилизационного котла по пару со вспомогательным
котлом.
4. Дать греющий пар в сепаратор. Отрегулировать подачу пара так, чтобы
давление в сепараторе не превышало 0,5 МПа.
5. Растворить расчетные массы трилона Б и малеинового ангидрида в
соответствующих емкостях.
6. Сообщить емкости концентрированных растворов по очереди с
питательным насосом. Заполнить котел водой с одновременной подачей
концентрированных растворов. Промыть емкости от реагентов водой,
закачать обмывки в котел.
7. Ввести в работу циркуляционный насос. Открыть краны охлаждения
сальников пресной водой. Открыть на постоянную продувку кран отбора
котловой воды на анализы.
8. Греть воду в котле до рабочего давления очистки.
Время,
мин
20
5
5
30
20
10
20
9. Вести промывку внутренних поверхностей расчетное время. Отбирать
каждые 15 мин пробы раствора и определять рН. Контролировать отсутствие расчетное
воды в газоходе главного двигателя.
10. Остановить циркуляционный насос. Открыть краны продувания
сепаратора и коллекторов. Слить воду из котла. Закрыть пар на сепаратор
20
котла. Закрыть краны продувания.
11. Заполнить сепаратор котла питательным насосом. Пустить
циркуляционный насос. Промывать внутренние поверхности водой заданное
30
время.
12. Подготовить концентрированный раствор препаратов для стабилизации
металла.
20
13. Заполнить сепаратор котла питательным насосом с одновременным
вводом препаратов для стабилизации поверхности металла. Пустить
45
циркуляционный насос. Промывать внутренние поверхности заданное время.
14. Остановить циркуляционный насос. Закрыть клапан продувки магистрали
отбора проб воды на анализы. Поставить котел на хранение или ввести в
работу в соответствии с эксплуатационной инструкцией.
Страница
16
2. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Охарактеризуйте состав и свойства накипных отложений в котлах,
механизм и скорость накипеобразования.
2. Обоснуйте выбор препаратов для очисток СЭО от накипных отложений.
3. Какие импортные и отечественные препараты для очистки котлов от
накипных отложений вам известны?
4. Назовите основные технологические схемы очисток судовых котлов.
5. Охарактеризуйте технологию очистки ВК от накипных отложений.
6. Охарактеризуйте технологию очистки УК от накипных отложений.
3.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И
СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА.
3.1. Последовательность выполнения работы
Для выполнения работы и составления отчета необходимо:
- оценить периодичность промывки, тип и массу накипных отложений;
- выбрать препараты для очистки и нейтрализации котельного металла,
рассчитать их массу, представить химизм процессов растворения
накипи;
- выбрать технологическую схему очистки;
- рассчитать время растворения накипных отложений;
- рассчитать допустимое время контакта котлового металла с моющим
раствором с учетом коррозии и проверить правильность выбора
технологической схемы;
- предоставить перечень и последовательность операций с указанием
времени, необходимых для осуществления очистки в судовых
условиях;
- составить таблицу с указанием основных показателей очистки:
-потребности в химических препаратах, кг;
-потребности в воде на очистку, м3;
-продолжительности растворения накипи, час;
-продолжительности вывода котла из эксплуатации, час.
3.2.
Пример составления отчета о разработке технологии очистки
вспомогательного котла от накипных отложени
1) Оценка периодичности промывки.
Периодичность промывки ВК при фосфатно-щелочном водном режиме с
пресной добавочной водой Тп=4000ч
Страница
17
2) Оценка типа отложений и предельной загрязненности внутренних
поверхностей.
В процессе эксплуатации ВК с пресной добавочной водой происходит
отложение щелочноземельных накипей.
Загрязненность поверхностей нагрева оценивается в кг на единицу площади
поверхности. Исходя из опыта загрязненность ВК с открытой системой
питания и пресной водой g=0.15 кг/м
Тогда общая масса отложений
3) Выбор препарата для растворения накипи и расчет его массы.
Для растворения щелочно-земельных накипей выбирают кислоты –
соляную, фосфорную, щавельную. Можно использовать сульфаминовую
кислоту или препараты на ее основе.
Растворение щелочноземельных накипей сульфаминовой кислотой
можно производить при 30С. При этой температуре скорость коррозии
металла составляет Iкор =15г/м и применять ингибиторы коррозии
необходимости нет.
Сульфаминовая кислота достаточно сильная и растворение
щелочноземельных накипей протекает по реакции
СаСО3 + 2NH2SO3H → Са(NH2SO3)2 + CO2 + H2O
Mg(ОH)2 + 2NH2SO3H → Mg(NH2SO3)2 + 2H2O
FeO + 2NH2SO3H → Fe(NH2SO3)2+ H2O
Массу сульфаминовой кислоты рассчитывают по формуле
Мр = 0,75·α·Мот,
а - стехиометрический коэффициент в уравнении реакции.
0.75- коэффициент, который учитывает отслоение нерастворимых
компонентов накипи.
4) Выбор препарата для нейтрализации котельного металла.
После растворения щелочноземельных накипей сульфаминовой кислотоц
необходимо проводить неитрализацию котельного металла при помощи
щелочных препаратов : соды, тринатрийфосфата, щелочи. Массу препарата
рассчитывают по формуле
Для кальцинированной соды
Мсоды = 1,5V
Для тринатрийфосфата
МТНФ = 1,5V
Для едкого натра
Мщ = 0,7V,
где V – объем котла.
5) Технологическая схема очистки
Страница
18
Технологическая схема включает подготовку растворов, их ввод в котел,
перемешивание и выпуск отработавших растворов.
Объем раствора для растворения кислоты определяется по формуле
Vб  1,2
Мр
С max
1.2-коэффициент запаса.
Сmax = 200 кг/м для сульфаминовой кислоты.
Вводить моющий раствор в котел можно самотеком, а можно с помощью
переносного насоса, проточная часть которого стойка к коррозии. Время
ввода не должно превышать 45мин. Для расчетов принимается время ввода
20мин или 1200сек.
Перемешивание раствора введут сжатым воздухом, который подают по
трубам нижнего продувания водяных коллекторов от системы хозяйственных
нужд.
ВК обычно чистят на переходах и спуск отработавших растворов
производят за борт по штатным системам осушения котлов.
Определение коэффициента массопередачи.
При очистке барабанных котлов сульфаминовой кислотой при
перемешивании сжатым воздухом коэффициент массопередачи
β = (2 ± 0,25)·10-5 м/с.
Расчет времени растворения накипи в котлах.
Для определения времени растворения накипи предварительно необходимо
определить темп очистки и критерий проточности. Критерий проточности
характеризует этап технологической схемы очистки.
Темп очистки:
К
Критерий проточности:
В
βF
, с-1
V1
β  L  F 4β  L

,
w  V1
wd
w =0.1 м/c при перемешивании раствора сжатым воздухом.
В <0.1, значит очистка идет по схеме идеального смешения. В этом случае
время растворения накипи нужно рассчитывать по формуле:
τ р  τ1 

1  Со
ln
(1  exp(  Кτ 1 )
К  С к Кτ 1

Страница
19
Cо/Cк = 8-10 степень срабатывания реагента
Время ввода кислоты в котел = 1200сек
Общее время контакта котлового металла с раствором кислоты с учетом
удаления моющего раствора (20мин) равно.
τк = τр + 20 – для вспомогательных котлов. (мин).
Оценка скорости коррозии металла и расчет допустимого времени
контакта металла с моющим раствором.
Скорость коррозии металла в сульфаминовой кислоте не превышает
15г/м ч. при температуре 30С
Допустимое время контакта котлового метала с моющим раствором.
τ к   30τ п  δ  ρ
RI кор
где δ - толщина котельных труб, м;
ρ - плотность металла труб, 7800 кг/м3;
R – ресурс котла, 75000 ч;
I кор - скорость коррозии, г/м2ч.
τк < [τк]
Значит технология очистки выбрана верно.
6) Технологическая карта очистки
Под технологической картой подразумевается перечень и
продолжительность операции очистки в судовых условиях.
Растворение сульфаминовой кислотой лучше вести горячей водой.
Получений раствор вводить в котел самотеком. Сжатый воздух на
перемешивание раствора в котел следует подводить от воздушного
трубопровода хозяйственных нужд к общей трубе продувания водяных
коллекторов.
Подачу воздуха нужно устанавливать на уровне, при котором будут
заметны колебания уровня воды в водомерных стеклах пароводяного
барабана.
После ввода моющего раствора и с момента перемешивания необходимо
каждые 15мин отбирать воду на анализ рН по штатной системе отбора проб
котловой воды.
Существенное загрязнение моющего раствора шламом черно-коричневого
цвета свидетельствует о наличие накипи смешанного типа. В этом случае
длительность процесса очистки сокращается вдвое, и очистка повторяется
раствором 50% массы сульфаминовой кислоты.
После очистки сульфаминовой кислотой необходимо производить
нейтрализацию котельного металла раствором соды или ТНФ.
Страница
20
7) Перечень и продолжительность этапов очистки:
- подготовить и принести рабочее место бочку для растворения кислоты,
саму кислоту и препарат для нейтрализации, шланги. Собрать схему подвода
воздуха на перемешивание;
- снять предохранительный колпачок, открыть воздушный кран на
пароводяном барабане.(10мин);
- открыть краны нижнего продувания пароводяного барабана и водяных
коллекторов слить воду.(15мин);
- закрыть краны продувания. Заполнить котел. Открыть на продувку кран
отбора проб котловой воды на анализ. Подогреть воду до 30С.(10мин);
- растворить сульфаминовую кислоту.(25мин);
- слить раствор кислоты, через фланец предохранительного клапана, промыть
бочку и слить промывки в котел.(20мин);
- открыть кран продувания коллектора,
отрегулировать подачу воздуха на перемешивание раствора в котле.(10мин);
- вести промывку заданное время. Каждые 15мин отбирать пробу на анализ
рН.( мин);
- закрыть краны нижнего продувания водяных коллекторов. Закрыть воздух
на перемешивание.(10мин);
- растворить нейтрализующий препарат.(30мин);
- вести нейтрализацию внутренних поверхностей котла.(60мин);
- вести промывку поверхностей водой.(45мин);
- разобрать временную промывочную схему. Закрыть кран продувания
линии отбора проб на анализ.(40мин);
- откоректировать качество котловой воды в соответствии с фосфатнощелочным режимом.
Обобщенные показатели промывки.
№ п/п
1
2
3
4
Наименование
Потребность в сульфаминовой кислоте
Потребность в щелочном препарате
Потребность в воде на очистку
Продолжительность вывода котла на очистку
Время растворения накипи
Страница
21
Таблица 4
Значение
4. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЫ
Практическая работа считается выполненной, если верно выбрана
технологическая схема очистки. В пояснительной записке представлены
расчеты, соответствующие выбранной технологической схеме, перечень и
последовательность операций с указанием времени, составлена таблица с
указанием основных показателей очистки.
5. СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Сурин С. М. Технология очистки судовых котлов от накипных
отложений/ С.М.Сурин. - М.: В/О Мортехинформреклама, 1991. – 40с.
2.Сурин С.М. Химическая очистка судового энергетического
оборудования/ С.М.Сурин. - М.: Транспорт,1981. – 168с.
6. ВАРИАНТЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ И УТИЛИЗАЦИОННЫХ КОТЛОВ ОТ
НАКИПНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ.
№
вар.
1
Тип
котла
Утил
F,м2
n
d, мм V,м3
V1 м3 L,м
25
8
29/3
0,32
0,5
53
2
Утил
280
25
29/3
1,1
3,9
120
3
Утил
730
103 20/2
3,0
8,0
90
4
Утил
870
83
29/3
3,0
6,0
88
5
Утил
610
78
29/3
2,5
5,4
112
6
Утил
555
78
29/3
2,1
5,0
102
7
Утил
500
77
29/3
2,0
5,0
92,5
8
Утил
500
77
29/3
2,2
5,0
92,5
9
Утил
25
8
29/3
0,32
0,5
53
10
Утил
200
17
36/3
1,9
3,3
102
11
Утил
150
33
36/3
2,0
4,0
110
Страница
22
G,м3/ч Водный
режим
5
Фосфатно
щелочной
20
Фосфатно
щелочной
60
Фосфатно
щелочной
40
Фосфатно
нитратный
20
Фосфатно
нитратный
20
Фосфатно
щелочной
24
Фосфатно
щелочной
10
Фосфатно
нитратный
5
Фосфатно
щелочной
10
Фосфатно
нитратный
10
Фосфатно
щелочной
12
Утил
130
24
29/3
0,84
1,7
38
10
13
Утил
137
25
29/3
0,65
1,7
40
10
14
Утил
140
14
36/3
0,64
1,75
102
10
15
Утил
108
32
29/3
0,65
1,3
39
10
16
Вспом
39
310 29/2,5 0,60
0,60
1,9
17
Вспом
106
560 29/2,5 1,8
1,8
2,0
18
Вспом
80
480 29/2,5 1,4
1,4
1,9
19
Вспом
64
370 31/2,5 2,0
2,0
1,8
20
Вспом
230
680 32/2,5 7,3
7,3
2,6
21
Вспом
45
334 31/2,5 1,1
1,1
2,1
22
Вспом
66
90
45/3
2,5
2,5
2,0
23
Вспом
70
580 45/3
3,6
3,6
0,7
24
Вспом
86
610 45/3
5,1
5,1
0,7
25
Вспом
36
186 45/3
1,46
1,46
2,0
26
Вспом
737
190 29/3
11,0
11,0
3,6
27
Вспом
180
320 56/3
11,0
11,0
3,2
В таблице указаны:
Тип котла
Режим котловой водообработки
Загрязненная внутренняя поверхность F, м2
Число параллельно соединенных труб или змеевиков, n
Средняя длина загрязненных труб L, м
Диаметр загрязненных труб d, мм
Водяной объем котла V, м3
Водяной объем промывочного контура V1, м3
Подача циркуляционного насоса G,м3/ч
Страница
23
Фосфатно
щелочной
Фосфатно
нитратный
Фосфатно
нитратный
Фосфатно
щелочной
Фосфатно
щелочной
Фосфатно
щелочной
Фосфатно
щелочной
Фосфатно
щелочной
Фосфатно
нитратный
Фосфатно
нитратный
Фосфатно
нитратный
Фосфатно
щелочной
Фосфатно
нитратный
Фосфатно
щелочной
Фосфатно
нитратный
Фосфатно
щелочной