Мониторинг поглотителей кислорода в котловой воде

Отчет о применении
Энергетика № 02
Мониторинг поглотителей кислорода
в котловой воде
Введение
Растворенный кислород является основной причиной коррозии
в паровых циклах электростанций, и использование поглотителей является одним из способов поддержания низкого уровня
кислорода.
Точное измерение гидразина и других поглотителей кислорода
позволяет снизить риск кислородной коррозии из-за недостаточной дозировки или сократить затраты и снизить риск коррозии меди из-за передозировки.
Точные и оперативные измерения гидразина помогают управлять процессом и повысить эффективность.
Поглотители кислорода
Растворенный кислород (DO2), основная причина возникновения коррозии в паровых циклах электростанции, зависит
от многих параметров конструкции и химического режима
станции. Надлежащая работа станции и надженые измерения способствуют поддержанию низкого уровня кислорода.
Часто для этих целей используют поглотители кислорода.
Есть много критериев выбора определенного
поглотителя.
Во-первых он не должен образовывать твердые вещества,
которые могут повредить лопасти турбины или откладываться в теплообменниках, снижая теплоотдачу. Таким
образом, следует выбирать органические, не твердые
поглотители.
Другие важные критерии:
¢ высокая скорость реакции при любой температуре,
¢ он не должен быть канцерогенным или требовать
специального обращения,
¢ отличная термоустойчивость при высокой температуре,
¢ он не должен образовывать побочные продукты в паровом контуре и способствовать формированию оксидной
металлической пленки,
¢ он не должен реагировать с другими используемыми
химическими веществами и материалами,
¢ его стоимость не должна быть высокой
¢ он не должен способствовать снижению рН до уровня
коррозии (pH<8).
Многие годы гидразин считался лучшим решением с учетом
вышеизложенных критериев. На сегодняшний день некоторые станции отказались от использования гидразина из-за
возможного канцерогенного воздействия на человека,
а также из-за необходимости в специальном обращении.
Однако многие крупные электростанции все еще находят
преимущества в его использовании.
Как это работает
Гидразин
Гидразин – неорганическое вещество, бесцветная, легковоспламеняющаяся жидкость с аммиачным запахом. Он может вступать в реакцию по-разному:
1. Во-первых, продуктом реакции кислорода и гидразина
является азот, не влияющий на работу котлов и турбин.
N 2H 4 + O2 i N 2 + 2H 2O
2. Во-вторых, остаточный гидразин после нагревания свыше
205°C в котле распадается на аммиак, который увеличивает рН, снижая риск кислотной коррозии.
3N 2H 4 + нагрев + 2H 2O i 4NH 3 + O2
3. Также гидразин реагирует со слоем гематита (Fe2O3)
на трубах котла и формирует прочный слой магнетита
(Fe3O 4), защищающий котел от дальнейшей коррозии.
N 2H 4 + 6Fe2O3 i 4Fe3O 4 + N 2 + 2H 2O
Отчет о применении
Энергетика № 02
¢ Выход деаэратора. Поглотители кислорода добавляются
в деаэрированную питающую воду котла для удаления
остатков кислорода, которые не были извлечены деаэратором.
¢ Вход экономайзера. Для оптимизации работы котла,
продления срока его эксплуатации и обеспечения качества пара очень важно качество питающей воды. Поглотители кислорода предотвращают коррозию
оборудования на стадиях цикла до котла.
Карбогидразид
Карбогидразид – белое кристаллическое вещество с температурой плавления 153°C, распадается при плавлении и хорошо
растворяется в воде.
1. Непрямая реакция (> 180°C)
(N 2H 3)2CO + H 2O i 2N 2H 4 + CO2
2N 2H 4 + 2O2 i 4H 2O + 2N 2
2. Разложение (> 200°C)
(N 2H 3)2CO + H 2O i 2NH 3 + N 2 + H 2 + CO2
Доза поглотителей кислорода может:
¢ Определяться на основе количества растворенного кислорода на выходе деаэратора (перед добавлением поглотителя). Теоретически, для реакции с 1ppb растворенного
кислорода требуется 1ppb гидразина, однако на практике
на одну часть кислорода добавляют1,5–2 части гидразина. Обычно [N 2H 4]= начальн. [DO2 ] x 3
¢ Быть фиксированной, чтобы остаточный гидразин был
минимален. Обычно остаточный [DO2 ] +(7–10) мкг/л.
В теории кислород связывается карбогидразидом в соотношении 1:1,4. У карбогидразида есть многие преимущества
гидразина, но без канцерогенного воздействия: образование аммиака с увеличением pH, надежная защита от коррозии, образование защитного слоя магнетита. Поэтому
карбогидразид является хорошей альтернативой гидразину.
Дозировка и точки измерения
Непрерывный анализ растворенного кислорода и поглотителей кислорода выполняется в одних и тех же точках:
питающая вода котла, выход деаэратора, выход конденсата.
Введение 35% раствора осуществляется насосом-дозатором. При температуре ниже 150°C реакция с кислородом
протекает очень медленно, использование гидрохинона в
качестве катализатора увеличивает скорость реакции от
10 до 100 раз.
Введение и измерение поглотителей кислорода выполняется
в тех точках, где обнаруживается растворенный кислород:
¢ На выходе участка доочистки воды
¢ Конденсатный насос. Конденсат – основной источник
загрязнения, так как он может контактировать с сырой
водой при протечке труб конденсатора.
УСТАНОВКА
ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ
О2 Мут УЭП рН
Ca SiO2 Na N2H4
Подача воды
Cl
Ca
Cl2
ОВП
Мут
ПОДПИТКА
УЭП
КОНДЕНСАТНЫЙ
НАСОС
ООУ
ООУ
УЭП
Na
pH
Cu
Na
КОНДЕНСАТОР
ТУРБИНЫ
НИЗКОГО
ДАВЛЕНИЯ
ООУ
Na
Био
УЭП
Ca
Cu
Cl2
ОВП
ДЕАЭРАТОР
Cl
Mo
О2
НАГРЕВАТЕЛИ
НИЗКОГО
ДАВЛЕНИЯ
УЭП
О2
ОВП
ГРАДИРНЯ
ПИТАЮЩИЙ НАСОС
О2
SiO2
ПОДОГРЕВАТЕЛЬ
ГЕНЕРАТОР
НАГРЕВАТЕЛИ SiO2
ВЫСОКОГО
ДАВЛЕНИЯ
УЭП
ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛИ
УЭП
О2
Na
SiO2
КОТЕЛ
Точки контроля поглотителей кислорода
ЭКОНОМАЙЗЕР
Cl
PO4
pH
NH3
Cu
О2
N2 H 4
SiO2
Fe
НАГРЕВАТЕЛИ
ВЫСОКОГО
ДАВЛЕНИЯ
Важность измерения гидразина
Добавление недостаточного количества гидразина приведет
к плохому удалению кислорода, дальнейшей коррозии и
отложениям, что снижает производительность станции.
В то же время добавление большого количества гидразина
может привести к другим проблемам:
Другой тип коррозии меди иммет место во время остановок:
окись меди, которая формируется и отслаивается во время
запуска, и медно-аммиачная коррозия, которая образуется
при превышении дозы гидразина или амина. [2]
Все эти отложения влияют на эффективность работы турбины
и станции в целом.
¢ Во-первых, это неоправданное увеличение расходов.
¢ Во-вторых, это усиление коррозии меди с отложениями
в котле и на лопастях турбины.
Гидразин, не вступивший в реакцию с кислородом к моменту
выхода воды из деаэратора, быстро распадется до аммиака
в подогревателях высокого давления.
В местах, где аммиак и медь присутствуют одновременно,
возрастает риск коррозии и образования медно-аммиачного
комплекса [1]. Это может быть в конденсаторе из медного
сплава, подогревателях или любом другом оборудовании.
Медно-аммиачный комплекс циркулирует в пароводяном
цикле, пока не разрушится. На этой стадии аммиак испаряется, а медь оседает в виде чистого вещества на ближайшей
поверхности. Это могут быть трубки котла или пароперегревателя или лопасти турбины.
Котел электростанции Рохайд, США.
Прочный слой магнетита внутри котла (Fe 3 O 4 черного или серого цвета)
Отчет о применении
Энергетика № 02
Мониторинг гидразина и карбогидразида
Анализатор поглотителей кислорода POLYMETRON 9586
используется для контроля уровня гидразина и других
поглотителей кислорода, например, карбогидразида,
в котловой воде электростанции.
Определение оптимальной дозы поглотителей кислорода
поможет предотвратить кислородную коррозию.
Экономичный в эксплуатации
Расход реагента очень низкий, поэтому пополнение требуется
только раз в четыре недели. Калибровка по методу сравнения – только один раз в месяц. Рабочий электрод является
самоочищающимся и имеет несколько подвижных частей и
насосов. Для планового технического обслуживания обычно
требуется 15 минут в месяц.
Конфигурация
системы
Малое время отклика
Анализатор обеспечивает непрерывные измерения со временем отклика Т90 менее, чем 1 минута. Это обеспечивает
точную дозировку химических веществ в котловую воду,
оптимизирует работу и снижает расходы.
Анализатор Polymetron 9586
поставляется на панели вместе
с контроллером, датчиком, кабелем, проточной ячейкой и всем
необходимым для установки.
Варианты блока питания: без
шнура, 115 – 240 В перемен.
тока или 7 – 24 В пост. тока.
Уникальная технология измерений
В отличие от традиционных амперометрических приборов
с двумя электродами, у Polymetron 9586 три электрода:
платиновый рабочий электрод (анод), противоэлектрод из
нержавеющей стали (катод) и электрод сравнения Ag/AgCl.
Во время работы напряжение между анодом и электродом
сравнения поддерживается с помощью стабилизатора.
За счет устранения дрейфа напряжения (из-за изменений в
составе или расходе пробы) повышается точность измерений.
Самоочищающийся электрод
Шарики Teflon® приводятся в движение потоком пробы и
циркулируют по поверхности платинового электрода, чтобы
предотвратить образование отложений.
Это сокращает эксплуатационные расходы и время простоя.
Использованная литература
[1] D. Daniels and J. Latcovich, Copper deposits on turbine blades:
a copper-plated thief, Hartford Steam Boiler
[2] B. Dooley and K. Shields, Alleviation of Copper Problems in Fossil Plants,
Materials and Chemistry, EPRI, Palo Alto, California
DOC043.62.30201.Oct13
Решение от HACH LANGE:
POLYMETRON 9586 анализатор
поглотителей кислорода