СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ И ПАССИВАЦИИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОТЕЛЬНЫХ ТРУБ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАРАБАННОГО КОТЛА И СПОСОБ ЭКСПЛУТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ И ПАССИВАЦИИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОТЕЛЬНЫХ ТРУБ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2014 года по МПК F28G9/00 

Область использования

Группа изобретений относится к области теплоэнергетики и может быть использована для эксплуатационной очистки от отложений внутренних поверхностей котельных труб энергетических котлов: барабанных котлов (БК) и котлов-утилизаторов (КУ) парогазовых установок (ПТУ) с последующей пассивацией этих поверхностей.

Отложения на внутренней поверхности котельных труб в процессе эксплуатации котлов образуются в результате попадания в рабочую среду примесей сырой воды через неплотности охлаждающей системы конденсатора паровой турбины с дополнительным влиянием высоких тепловых нагрузок поверхностей нагрева. Отложения состоят обычно из оксидов железа и меди, фосфатов кальция и других примесей.

Уровень техники

Известен принятый в качестве прототипа первого из заявляемых изобретений способ эксплуатационной очистки и пассивации внутренней поверхности котельных труб энергетического БК путем их обработки в выделенном контуре горячим чистящим раствором на водной основе с введенным в него азотсодержащим химическим реагентом, дозируемым во всасывающий коллектор питательного насоса или в напорную линию конденсатного насоса и в барабан котла (Методические указания по применению гидразина на энергетических установках тепловых электростанций РД 34.37.503-94 / ОАО «ВТИ», Москва, 1994, 42 с.[1]).

Согласно [1] в качестве химического реагента, вводимого в чистящий раствор, используют гидразин-гидрат N₂H₄·H₂O или гидразин-сульфат N₂H₄·H₂SO₄ и аммиак.

К недостаткам способа [1] можно отнести:

- перечисленные выше химические реагенты относятся к наиболее экологически опасным первому и второму классам по ГОСТ 12.1.007-76 (Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности - [2]);

- относительно высокая длительность процесса очистки (две стадии общей продолжительностью около 100 часов);

- необходимость сбора и нейтрализации экологически опасных отработавших химических растворов, что требует использования специального оборудования и увеличивает трудоемкость способа;

При анализе уровня техники прототип для второго из заявляемых способов не выявлен.

Раскрытие изобретения

Достигаемыми техническими результатами группы изобретений являются существенное сокращение общего времени проведения технологического процесса, повышение прочности защитной пассивирующей пленки с повышением ее коррозионной стойкости и уменьшение количества отходов, требующих нейтрализации перед выбросом в окружающую среду.

Указанные технические результаты группы изобретений достигаются тем, что в соответствии с первым вариантом в способе эксплуатационной очистки и пассивации внутренней поверхности котельных труб энергетического БК путем их обработки в выделенном контуре горячим чистящим раствором на водной основе с введенным в него азотсодержащим химическим реагентом, дозируемым во всасывающий коллектор питательного насоса или в напорную линию конденсатного насоса и в барабан котла, согласно изобретению:

- в качестве химического реагента используют пленкообразующий амин;

- дозирование чистящего раствора производят исходя из достижения концентрации химического реагента в барабане котла (250÷300) мкг/дм³;

- очистку осуществляют в одну стадию при давлении в барабане котла на уровне (1,5÷2,5) МПа и температуре рабочей среды не более 230°C до стабилизации содержания в котловой воде железа не более 500 мкг/дм³ при концентрации в ней пленкообразующих аминов (ПОА) не менее 50 мкг/дм³;

- пассивацию осуществляют при давлении в барабане котла на уровне (2,5÷15,5) МПа и температуре рабочей среды, равной температуре насыщения для давления в барабане котла, до стабилизации содержания в котловой воде железа не более 50 мкг/дм³ при концентрации в ней ПОА не менее 50 мкг/дм³;

- процессы очистки и пассивации проводят каждый в продолжение не более 24 часов.

В соответствии со вторым вариантом технические результаты группы изобретений достигаются тем, что в способе эксплуатационной очистки и пассивации внутренней поверхности котельных труб энергетического КУ ПГУ с по меньшей мере двумя водопаровыми контурами различного давления, согласно изобретению указанные поверхности обрабатывают в выделенном контуре горячим чистящим раствором на водной основе с введенным в него химическим реагентом в виде раствора пленкообразующего амина, причем

- дозирование чистящего раствора производят в напорную линию конденсатного насоса и в барабан контура высокого давления котла исходя из достижения концентрации химического реагента во всех барабанах котла (250÷300) мкг/дм³;

- очистку осуществляют в одну стадию при давлении в барабане контура высокого давления котла на уровне (1,5÷2,5) МПа и температуре рабочей среды в этом контуре не более 230°C до стабилизации содержания в котловой воде железа не более 200 мкг/дм³ при концентрации в ней ПОА не менее 50 мкг/дм³;

- пассивацию осуществляют при давлении в барабане контура высокого давления котла на уровне (2.5÷15.5) МПа и температуре рабочей среды, равной температуре насыщения для давления в указанном барабане котла, до стабилизации содержания в котловой воде железа не более 50 мкг/дм³ при концентрации в ней ПОА не менее 50 мкг/дм³;

- процессы очистки и пассивации проводят каждый в продолжение не более 12 часов.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками обоих вариантов группы изобретений и достигаемыми им техническими результатами заключается в следующем:

- использование пленкообразующего амина в качестве химического реагента, как показали эксперименты, обеспечивает эффективное удаление эксплуатационных отложений (до 70%) при уменьшении количества отходов, требующих нейтрализации перед выбросом в окружающую среду. Улучшение указанных характеристик способа в обоих вариантах, по сравнению с использованием других азотсодержащих химических реагентов можно объяснить тем, что они образуют комплексы с оксидами отложений и с пассивирующим оксидным слоем очищаемого металла.

Подробное описание изобретения

Очистка и пассивация на основе аминосодержащего реагента выполнялась на пониженных параметрах работы энергоблока или котла с нагрузкой в диапазоне от 30 до 50% от номинальной. Параметры рабочей среды поддерживались в пределах от 50 до 540°C.

В узле приготовления химического реагента готовили чистящий раствор на водной основе с введенным в него азотсодержащим химическим реагентом - октадециламином C₁₈H₃₉N. Для очистки от отложений внутренних поверхностей нагрева энергетического БК, включая поверхности водяного экономайзера, указанный раствор вводили с помощью насоса-дозатора во всасывающий коллектор питательного насоса и непосредственно в барабан БК. Для очистки от отложений внутренних поверхностей стельных труб КУ энергоблока ПТУ указанный раствор вводили с помощью насоса-дозатора в напорную линию конденсатного насоса и непосредственно в барабан высокого давления КУ. Давление в барабане БК и в барабане контура высокого давления КУ поддерживалось на уровне 1,5-2,5 МПа, температура рабочей среды максимально не превышала 230°C. Содержание реагента в обоих случаях поддерживалось из расчета 2 г/т циркулирующей воды или максимально до 300 мкг/дм³ по содержанию ПОА, а продолжительность очистки для БК составила 24 часа, для КУ ПГУ - 12 часов. Критерием завершения очистки являлась стабилизация содержания железа в котловой воде на уровне не более 500 мкг/дм³ для БК и не более 200 мкг/дм³ для КУ, а содержание ПОА - не менее 50 мкг/дм³ для обоих вариантов. Содержание аминов контролировалось путем отбора проб из штатных пробоотборных линий котлов.

Затем проводили пассивацию очищенных внутренних поверхностей котельных труб БК и КУ. Для этого дозировали указанный раствор во всасывающий коллектор питательного насоса и непосредственно в барабан БК, а также в напорную линию конденсатного насоса и непосредственно в барабан высокого давления КУ. Давление в барабане БК и в барабане контура высокого давления КУ поддерживалось на уровне (2,5÷15,5) МПа при температуре рабочей среды, равной температуре насыщения для давления в барабане каждого из указанных котлов. Дозирование раствора осуществлялось до стабилизации содержания в котловой воде железа не более 50 мкг/дм³ при концентрации в ней ПОА не менее 50 мкг/дм³ для обоих вариантов. Продолжительность очистки для БК составила 24 часа, для КУ ПТУ - 12 часов. Образовавшаяся защитная магнетито-аминовая пленка имела коррозионную стойкость, характеризуемую как «высшая» или имеющая значение более 4 баллов при скорости коррозии металла поверхностей нагрева не более 0,08 мм/год (ГОСТ 9.908-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости).

Результаты очистки котельных труб по предлагаемым способам для указанных примеров приведены в соответствующих таблицах 1,2.

Таким образом, группа заявляемых изобретений обеспечивает высокую эффективность очистки (не менее 70%) и пассивации со значительным уменьшением количества отходов, требующих нейтрализации перед выбросом в окружающую среду и сокращением продолжительности указанных процессов более чем в 2 раза (по сравнению с [1]). Использование пленкообразующего амина или смеси аминов позволяет осуществлять очистку и пассивацию котельных труб не только БК, но и труб КУ ПТУ. Кроме того, в результате пассивации на поверхности металла образуется коррозионно-стойкая защитная пленка, которая предохраняет металл от коррозии как во время дальнейшей эксплуатации оборудования, так и при его останове на ремонт или в резерв.

Пример №1

Таблица 1 Очистка и пассивация котельных труб барабанного котла Наименование параметра и его единица измерения Значение параметра Удельная загрязненность до очистки, г/м² 384,0 Очистка котельных труб раствором с введенным в него октадециламином (C₁₈H₃₉N). Давление в барабане, МПа 2,0 Температура рабочей среды, °C 210,0 Содержание железа в котловой воде, мкг/дм³ 435,0 Содержание ПОА в котловой воде, мкг/дм³ 55,0 Время циркуляции раствора, ч 24,0 Пассивация котельных труб раствором с введенным в него октадециламином (C₁₈H₃₉N). Давление в барабане, МПа 10,0 Температура рабочей среды, °C 180 Содержание железа в котловой воде, мкг/дм³ 44,5 Содержание ПОА в котловой воде, мкг/дм³ 51,0 Время циркуляции раствора, ч 24,0 Удельная загрязненность после очистки, г/м² 27,0 Уровень коррозионной стойкости защитной магнетито-аминовой пленки (при скорости коррозии металла поверхностей нагрева не более 0,08 мм/г), балл 4 и выше

Пример №2

Таблица 2 Очистка и пассивация котельных труб котла-утилизатора Наименование параметра и его единица измерения Значение параметра Удельная загрязненность до очистки, г/м² 155,0 Очистка котельных труб раствором с введенным в него октадециламином (C₁₈H₃₉N). Давление в барабане, МПа 2,5 Температура рабочей среды, °C 220,00 Содержание железа в котловой воде, мкг/дм³ 180,0 Содержание ПОА в котловой воде, мкг/дм³ 50,0 Время циркуляции раствора, ч 12,0 Пассивация котельных труб раствором с введенным в него октадециламином (C₁₈H₃₉N). Давление в барабане, МПа 12,0 Температура рабочей среды, °C 190,0 Содержание железа в котловой воде, мкг/дм³ 40,5 Содержание ПОА в котловой воде, мкг/дм³ 52,0 Время циркуляции раствора, ч 12,0 Удельная загрязненность после очистки, г/м² 11,0 Уровень коррозионной стойкости защитной магнетито-аминовой пленки (при скорости коррозии металла поверхностей нагрева не более 0,08 мм/г), балл 4 и выше

Группа изобретений относится к области теплоэнергетики и может быть использована для эксплуатационной очистки от отложений внутренних поверхностей котельных труб энергетических котлов: барабанных котлов и котлов-утилизаторов парогазовых установок с последующей пассивацией этих поверхностей. Способ эксплуатационной очистки и пассивации внутренней поверхности котельных труб включает их обработку в выделенном контуре горячим чистящим раствором на водной основе с введенным в него азотсодержащим химическим реагентом. В качестве химического реагента используют пленкообразующий амин, дозирование чистящего раствора производят исходя из достижения концентрации химического реагента в барабане котла (250÷300) мкг/дм³; очистку осуществляют в одну стадию при давлении в барабане котла на уровне (1,5÷2,5) МПа и температуре рабочей среды не более 230°C до стабилизации содержания в котловой воде железа. Пассивацию осуществляют при давлении в барабане котла на уровне (2,5÷15,5) МПа и температуре рабочей среды, равной температуре насыщения для давления в барабане котла, до стабилизации содержания в котловой воде железа не более 50 мкг/дм³. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ эксплуатационной очистки и пассивации внутренней поверхности котельных труб энергетического барабанного котла путем их обработки в выделенном контуре горячим чистящим раствором на водной основе с введенным в него азотсодержащим химическим реагентом, дозируемым во всасывающий коллектор питательного насоса или в напорную линию конденсатного насоса и в барабан котла, отличающийся тем, что
- в качестве химического реагента используют пленкообразующий амин;
- дозирование чистящего раствора производят исходя из достижения концентрации химического реагента в барабане котла (250÷300) мкг/дм³;
- очистку осуществляют в одну стадию при давлении в барабане котла на уровне (1,5÷2,5) МПа и температуре рабочей среды не более 230°C до стабилизации содержания в котловой воде железа не более 500 мкг/дм³ при концентрации в ней пленкообразующего амина не менее 50 мкг/дм³;
- пассивацию осуществляют при давлении в барабане котла на уровне (2,5÷15,5) МПа и температуре рабочей среды, равной температуре насыщения для давления в барабане котла, до стабилизации содержания в котловой воде железа не более 50 мкг/дм³ при концентрации в ней пленкообразующего амина не менее 50 мкг/дм³;
- процессы очистки и пассивации проводят каждый в продолжение не более 24 часов.

2. Способ эксплуатационной очистки и пассивации внутренней поверхности котельных труб энергетического котла-утилизатора парогазовой установки с по меньшей мере двумя водопаровыми контурами различного давления, характеризующийся тем, что указанные поверхности обрабатывают в выделенном контуре горячим чистящим раствором на водной основе с введенным в него химическим реагентом в виде раствора пленкообразующего амина, причем
- дозирование чистящего раствора производят в напорную линию конденсатного насоса и в барабан контура высокого давления котла исходя из достижения концентрации химического реагента во всех барабанах котла (250÷300) мкг/дм³;
- очистку осуществляют в одну стадию при давлении в барабане контура высокого давления котла на уровне (1,5÷2,5) МПа и температуре рабочей среды в этом контуре не более 230°C до стабилизации содержания в котловой воде железа не более 200 мкг/дм³ при концентрации в ней пленкообразующего амина не менее 50 мкг/дм³;
- пассивацию осуществляют при давлении в барабане контура высокого давления котла на уровне (2,5÷15,5) МПа и температуре рабочей среды, равной температуре насыщения для давления в указанном барабане котла, до стабилизации содержания в котловой воде железа не более 50 мкг/дм³ при концентрации в ней пленкообразующего амина не менее 50 мкг/дм³;
- процессы очистки и пассивации проводят каждый в продолжение не более 12 часов.