ВВЕДЕНИЕ
Настоящая инструкция предназначена для оперативного персонала блока и химцеха (начальников смен, операторов, лаборантов), участвующего в обслуживании установки для обработки питательной воды гидразином.
Инструкция составлена на основании и в соответствии с техническими документами:
Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации, утвержденных приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. № 229;
System description for feedwater chemical feed system;
и др.
Настоящая инструкция должна быть откорректирована после завершения пуско-наладочных работ (ПНР) и режимной наладки оборудования установки.
-
НАЗНАЧЕНИЕ и состав оборудования УСТАНОВКИ
Коррекционная обработка питательной воды и основного конденсата энергетической установки предназначается для снижения скорости коррозии стали и медных сплавов оборудования конденсатно-питательного тракта. Снижение скорости коррозии обеспечивается созданием восстановительной среды в конденсатном тракте и глубоким связыванием кислорода и нитритов после деаэратора питательной воды посредством ввода восстановителя, которым является водный раствор гидразин-гидрата (N2H4·H2O) и регулирование значения показателя рН среды за счет ввода водного раствора аммиака (NH4OH).
Система подачи обескислороживающего реагента разработана:
для приема концентрированного (64 % концентрации) гидразина, поставляемого в транспортабельных химических контейнерах (транспортных емкостях) или бочках;
для подготовки < 20 % раствора гидразина путем растворения в среде конденсата;
для непрерывной подачи раствора < 20 % в линию (в узел разбавления), где он смешивается с конденсатом, образуя раствор гидразина < 1 % перед поступлением в систему основного конденсата (для бесперебойной подачи 20 % раствора в узел разбавления предусмотрены 2 дозирующих насоса с автоматическим регулированием скорости и хода);
для непрерывного ввода разбавленного раствора гидразина < 1 % в систему основного конденсата (для этого предусмотрены 2 дозирующих насоса, подающих разбавляющий конденсат, только с автоматическим регулированием хода).
Установка включает в себя следующее основное оборудование:
эжектор гидразина для разгрузки поступающего в бочках гидразина;
два бака для приема концентрированного гидразина и дальнейшего его разбавления до концентрации рабочего раствора гидразина;
перемешивающее устройство в каждом баке рабочего раствора;
два насоса-дозатора для подачи рабочего раствора гидразина в узел разбавления рабочего раствора;
два насоса-дозатора для подачи конденсата в узел разбавления рабочего раствора гидразина;
общий демпфер пульсаций на линии подачи рабочего раствора аммиака;
При вводе гидразина в конденсатно-питательный тракт протекают следующие реакции:
O2 + N2H4 = N2 + 2H2O;
6Fe2O3 + N2H4 = N2 + 2H2O + 4Fe3O4;
2Fe3O4 + N2H4 + 4H2O = N2 + 6Fe(OH)2;
2Cu2O + N2H4 = N2 + 2H2O + 4Cu;
2CuO + N2H4 = N2 + 2H2O + 2Cu.
Одновременно протекает термолиз гидразина преимущественно в воде контура высокого давления (ВД) котла утилизатора (КУ):
3N2H4 = 4NH3 + N2;
3N2H4 = 2NH3 + 3H2 + 2N2.
Однако в связи с относительно низкой температурой воды степень термолиза гидразина даже в воде контура ВД КУ невелика, и в ней возможны его значительные остаточные концентрации.
Для гарантирования полного связывания растворенных кислорода и нитритов регламентируется содержание избытка гидразина в питательной воде на уровне 20-60 мкг/дм3.
В начальный послепусковой период, когда гидразин расходуется на восстановление гидроксидов железа на поверхностях питательного тракта, для обеспечения требующегося избытка гидразина в воде перед КУ дозировка реагента должна учащённо корректироваться на основании текущих значений его избытков. В этот период в ходе восстановления на поверхностях КУ оксидов железа происходит их частичное отслоение с загрязнением теплоносителя.
В связи с расходованием гидразина на восстановление оксидов, входящих в состав отложений, а также летучестью гидразина и способностью его сравнительно быстро разлагаться при высоких температурах, для насыщения системы и поддержания постоянного избытка гидразина в котловой воде во время начального периода обработки концентрацию гидразина в питательной воде увеличивают до верхнего предела, но не более 300 мкг/кг во избежание усиленного загрязнения котловой воды продуктами коррозии, как из питательного тракта, так и из экранных труб. При чрезмерно высокой концентрации гидразина возможно забивание экранных труб образовавшимся шламом и увеличение выноса продуктов коррозии паром. После насыщения системы гидразином избытки его в питательной воде можно сократить, поддерживая постоянный небольшой избыток в котловой воде.
После стабилизации режима – так называемого «насыщения» системы гидразином и достижения постоянства содержания примесей в питательной воде – доза гидразина Сгид, мкг/дм3, может определяться расчётно:
qг = С1 + 0,35·С2 + 0,15·С3 + 0,25·С4 + 40,
где С1 – концентрация кислорода в питательной воде до ввода гидразина, мкг/дм3;
С2 – концентрация нитритов в питательной воде до ввода гидразина, мкг/дм3;
С3 – концентрация железа в питательной воде, мкг/дм3;
С4 – концентрация меди в питательной воде, мкг/дм3;
40 – избыточная концентрация гидразина в питательной воде, мкг/дм3.
Эта доза гидразина при соблюдении норм качества питательной воды составит:
qг = 10 + 0,35·20 + 0,15·5 + 0,25·2 + 40 = 58,25 мкг/дм3.
Концентрация рабочего раствора гидразина определяется исходя из соотношения:
GНД ∙ CНД ∙ 1000 = GПВ ∙ CПВ
где GНД – производительность насоса-дозатора, номинальная производительность по проекту GНД = 1,4 л/ч;
CНД – содержание гидразина в дозируемом растворе, г/кг;
CПВ – доза гидразина при соблюдении норм качества питательной воды, согласно предварительному расчёту принимается, округленно, CНД = 60 мкг/дм3;
GПВ – расход питательной воды, в соответствии с проектом вся питательная вода первоначально поступает в барабан низкого давления и находится на уровне GПВ = 350 т/ч.
Тогда при производительности насоса-дозатора GНД = 1,2 л/ч (85% от номинала) необходимая концентрация рабочего раствора составит:
CНД = 350 ∙ 60 / 1000 / 1,2 = 175 г/кг ≈ 17,5 %.
Эта концентрация рабочего раствора, менее 20 %, соответствует рекомендациям поставщика. Рабочий раствор гидразина, перед его вводом в конденсат за БОУ, поступает в узел разбавления, куда насосом-дозатором разбавляющего конденсата подается конденсат с номинальным расходом 19 л/ч. В результате рабочий раствор разбавляется конденсатом в узле разбавления до концентрации 17,5 ∙1,2/(1,2+19) ≈ 1 %, что также отвечает рекомендациям поставщика.
Появление в питательной воде нитритов может быть связано с эксплуатационным нарушением, которое должно быть устранено путём предотвращения поступления нитритов с присосами в конденсаторе охлаждающей воды или с обессоленной водой; повышение в данном случае дозировки гидразина с целью связывания нитритов следует рассматривать как временную меру.
Гидразин, помимо восстановительных функций, обладает также и ингибирующими свойствами, поэтому ввод гидразина в конденсатный тракт полезен для поддержания и сохранности защитного железооксидного слоя на поверхностях тракта.
Необходимый эффект связывания кислорода гидразином достигается при 100 °С и выше. При температурах до 50 °С реакция между гидразином и кислородом протекает медленно; при нормальной температуре она практически совсем не происходит. Однако и при нормальной температуре гидразин восстанавливает оксиды железа и меди, способные связывать растворенный в воде кислород. Таким образом, с помощью гидразина можно защищать от коррозии конденсаторы турбины, конденсатный тракт, линии регенеративных отборов и т. д.
При низких значениях рН среды (меньше 7,0) гидразин не только не уменьшает кислородную коррозию стали, но даже усиливает ее. Причина в сложном характере взаимодействия гидразина с компонентами среды.
Характер зависимости скорости реакции кислорода с гидразином Vr от величины рH представлен в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Зависимость скорости реакции кислорода с гидразином от величины рН
рН
|
7,0
|
7,5
|
8,0
|
8,5
|
9,0
|
9,5
|
10,0
|
10,5
|
10,8
|
11,0
|
Vr, см3/мин
|
0,4
|
0,6
|
1,0
|
1,7
|
2,7
|
4,2
|
5,3
|
5,5
|
5,0
|
3,0
|
Обработка котловой воды гидразином уменьшает скорость образования железоокисных накипей. Гидразин способен менять поверхностный заряд мелкодисперсных и коллоидных частиц, образованных продуктами коррозии, переводя их в так называемый шлам. Эффект действия гидразина определяется его концентрацией, но мало зависит от концентрации и валентности железа в котловой воде, от величины рН, от величины местной тепловой нагрузки поверхности нагрева и от температуры. Обработка воды гидразином с целью замедления процесса железоокисного накипеобразования становится эффективной при сравнительно небольших дозах гидразина порядка 50-100 мкг/кг.
При нарушении непрерывной подачи гидразина в течение продолжительного времени обескислороживание все же имеет место. Это объясняется тем, что оно происходит в этом случае за счет восстановленных окислов, пока они не были вновь переведены в высшую степень окисления. Однако этот процесс воздействует на структуру отложений, делая ее менее однородной. Таким образом, данный процесс имеет негативные последствия, как и любой нестационарный процесс, включая резкие колебания доз гидразина.
Приведенные выше закономерности позволяют объяснить тот факт, что при дозировке гидразина со 100%-ным и даже большим избытком наличие его в котловой воде может быть обнаружено лишь через довольно продолжительный промежуток времени, который может достигать нескольких недель. Поэтому для более быстрой стабилизации гидразинной обработки и снижения загрязнения отложениями теплообменных поверхностей необходимо до введения гидразинной обработки воды очистить внутренние поверхности котлов, коллекторов экономайзеров, баков-аккумуляторов деаэраторов, конденсатосборников и других емкостей механическим или химическим способом от скопления окислов железа и меди.
В соответствии с коэффициентами распределения гидразина между паром и котловой водой содержание гидразина в паре может достигать трех- и двухкратного превышения против содержания гидразина в котловой воде соответственно испарителей среднего и высокого давления КУ. В обоих таких случаях роль непрерывной продувки в выводе гидразина из котла не существенна и соотношение концентраций гидразина в паре и питательной воде будет близким к единице. Однако на практике описанные соотношения наблюдаются не часто. Во-первых, очень много времени может уходить на так называемое "насыщение" системы гидразином, связанное с восстановлением железоокисных отложений в конденсатно-питательном тракте, в испарителях, а также в пароперегревателях и даже в пробоотборных точках КУ. Во-вторых, процессы восстановления продуктов коррозии гидразином не заканчиваются в конденсатном и питательном трактах, а с еще большей интенсивностью продолжаются в котле. Поэтому окончательный выбор доз гидразина для конденсата и питательной воды может быть выполнен после стабилизации гидразинной обработки в процессе проведения пуско-наладочных работ.
При этом надо иметь ввиду, что резкие колебания величины доз могут оказывать худшее воздействие на состояние оборудования и водно-химического режима (ВХР), чем отсутствие гидразинной обработки, а некоторое завышение доз гидразина над регламентируемыми дозами обычно положительно воздействует на ВХР и не приводит к негативным эффектам за исключением случаев, когда дозы увеличиваются резко и на большую величину и в особенности, когда это происходит при большой загрязненности отложениями конденсатно-питательного тракта и испарительных труб.
Следует также иметь ввиду, что в соответствии с коэффициентами равновесного распределения кислорода между паром и котловой водой кислород должен практически полностью переходить в пар НД и, соответственно, должен отсутствовать в питательной воде ВД и СД, в том числе и при отсутствии гидразинной обработки. Гидразин, как уже отмечалось, также переходит в пар НД и кроме того расходуется в тракте НД. Эти процессы могут существенно усложнить предусмотренную автоматизацию гидразинной обработки на основе определения остаточного содержания кислорода и гидразина на входе в экономайзер ВД. В реальности, эти процессы не являются равновесными и подлежащими точному расчету, поэтому они требуют уточнения на стадиях режимной наладки и ПНР.
|
