Химическая очистка отопительных котлов и теплообменников

ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ОТОПИТЕЛЬНЫХ КОТЛОВ

И ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Данный документ не является детальной инструкцией химической промывки конкретного отопительного котла или теплообменника, содержит только общие сведения и рекомендации по разработке детальной инструкции.

A - ВВЕДЕНИЕ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Современные паровые и водяные котлы и теплообменники высокой производительности и эффективности применяются в промышленности для производства тепла, используемого в производственных процессах и для отопления.

В результате загрязнения требуемое количество тепла переходит в котлах и теплообменниках через меньшую металлическую поверхность обмена, чем раньше. Такая ситуация ставит новые требования перед пользователями.

Стоимость топлива для котлов и теплообменников для многих предприятий составляет значительную часть общих расходов по электроэнергии.

Эксплуатационная энергоемкость котла и теплообменника зависит прямо от их производительности. Одним из основных условий сохранения низкого уровня энергоемкости является правильный и регулярный мониторинг отопительного оборудования.

В частности мониторинг температуры дымовых газов позволяет обнаружить понижение производительности котла, которое является результатом роста самой большой потери – так называемой выходной (дымоотводной) – «утечки» энергии с горячими газами сгорания. Рост температуры дымовых газов (также как и рост содержания кислорода в дымовых газах), указывает на снижение производительности котла. В многочисленных котлах возможно улучшение производительности, связное с ограничением выходной потери. Потеря тем больше, чем больше количество дымовых газов и чем выше их температура. Количество дымовых газов и их температура, о чем часто забываем, зависит в частности от толщины слоя и вида накипи.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

При неправильной эксплуатации котла (напр. образование дымовых газов слишком высокой температуры для поддержки производительности котла), дымоотводная потеря может составлять даже более 20 %. Причиной такого состояния чаще всего является загрязненный отложениями котел, который не в состоянии принять все тепло, вырабатываемое правильно работающей горелкой/топкой котла.

Вещество, называемое накипью или отложениями, чаще всего представляет собой смесь разной доли карбоната кальция (мела), силиката кальция и магния, сульфата кальция (гипса) и продуктов коррозии (оксидов металлов). Изоляционные свойства отдельных видов накипи значительно отличаются друг от друга и в основном зависят от химического состава отложений, их пористости (плотности) и толщины.

Каким образом тонкие слои накипи могут вызывать большой рост температуры металла котла и теплообменника, а также процентные потери производительности, показывает нижеследующая таблица.

Влияние на котел самых часто встречаемых видов накипи

ВИД ОТЛОЖЕНИЙ	ТОЛЩИНА ОТЛОЖЕНИЙ [мм]	ПОТЕРЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ [%]	РОСТ ТЕМПЕРАТУРЫ СТЕН [°C]
Карбонат кальция	0,076	2,5	31
Карбонат кальция	0,102	5,0	90
Силикат кальция	0,229	2,5	31
Силикат кальция	0,457	5,0	90
Оксид железа	0,508	2,5	31

Другой причиной накопления в новом котле или теплообменнике отложений является их установка в старой отопительной системе. Кроме того, замена насоса подачи может вызвать увеличение скорости потока в системе, вследствие чего из других частей системы в котел переносятся отложения, представляющие собой, как правило, продукты коррозии.

Содержащиеся в попадающей в котел воде загрязнения вызывают коррозию и накопление накипи на поверхности теплообмена. Факт наличия отложений вызывает серьезную угрозу появления коррозии оборудования и отопительной системы.

Регулярная очистка котлов электростанций и крупных энергостанций уже давно стала нормой. В свою очередь, в широко понимаемой промышленности и услугах часто это упускается, хотя очистка дает рост безопасности работы установок, уменьшение их отрицательного влияния на окружающую среду, а понижение расходов на топливо очень быстро дает финансовые результаты.

Регулярная очистка оборудования является частью необходимой профилактики.

Можно задать вопрос: «Почему некоторые промышленные предприятия не чистят котлы и «выдувают» свои деньги в дымовые трубы?» Ответ может быть только один. Большая часть пользователей котлов по-прежнему имеет ложное представление о больших вложениях и расходах на химическую очистку, забывая о постоянно возрастающей стоимости топлива. Иная группа пользователей все еще боится, что «химикаты могут повредить их котел». На последе возражение можно только ответить: «Тысячи благополучно очищенных котлов противоречат этим опасениям».

Внедрение химической очистки котлов и теплообменников дает измеримые экономические результаты, в частности связанные с:

• экономией электроэнергии,

• увеличением производительности отопительной системы и техники,

• минимизацией аварий,

• отсутствием необходимости замены (полностью и частично) оборудования и системы.

Результатом неправильной эксплуатации является т. н. немеханическое повреждение котлов, в частности связанное с перегревом металла, вызванное накоплением отложений. Чтобы устранить данные повреждения требуются преждевременные средние и капитальные ремонты. Деградация котлов, вызванная отложениями, это на практике сокращение их живучести на 100÷300%. Накипь может также привести к повреждению важных элементов котла, напр. насоса, кранов или обыкновенных труб, даже тогда, когда накипь не откладывается прямо в них. Отложения накипи ведут к уменьшению теплообмена через стенки поверхности нагрева и в результате уменьшению в несколько раз их коэффициента теплопроводности, что в свою очередь ведет к понижению производительности котла и чрезмерного расхода топлива.

В таблице указываются примерные показатели теплопроводности некоторых видов накипи и углеродистой стали.

НАКИПЬ	ТЕМПЕРАТУРА [°C]	ПЛОТНОСТЬ [кг/м³]	коэфф. теплопровод. [ккал/ч м град.]	[Вт/м град.]
Богатая гипсом	300	2000-2700	0,60-2,00	0,698-2,326
Богатая силикатами	300	300-1200	0,07-0,20	0,081-0,233
Богатая карбонатами	300	1000-2500	0,13-2,00	0,151-2,326
Углеродистая сталь 0,1% C	100 300	7850	45 40	52,335 46,520

Как видно, самая вредная силикатная накипь более 550 раз проводит тепло хуже углеродистой стали.

Какой вид накипи образуется на поверхности теплообмена (ее химический состав, пористость) зависит от многочисленных факторов, в частности от химического состава подаваемой воды, концентрации котельной воды, теплового напряжения поверхности нагрева, а также интенсивности испарения воды.

Твердая и плотная накипь чаще всего образуется в процессе медленного испарения, зато мягкая при внезапном испарении. Гипсовая накипь, очень плотная и твердая, образуется на поверхности, отличающейся большой тепловой нагрузкой. Силикатная накипь, отличающаяся самым низким коэффициентом теплопроводности, которую при этом очень сложно удалить, чаще всего встречается как твердое и плотное отложение. Скорость теплопередачи прямо пропорционально теплопроводности поверхностей, передающих тепло. Итак, наличие любой накипи на поверхностях теплообмена, может значительно снизить скорость передачи тепла при прямо пропорционально растущих температурах выходных газов.

Итак, не вызывает удивления факт, что накипь уменьшает производительность котла, а также отопительного процесса в системах центрального отопления и горячей хозяйственной воды. Образование накипи толщиной в 1 мм на поверхности теплообменника уменьшает его производительность около 10%, тем самым увеличивает расход топлива на такой же размер. Оценивается, что увеличение расходов на эксплуатацию такого оборудования, в результате образования накипи, в среднем составляет около 20%.

Симптомом работы котла с накопленной в нем накипью, на который изредка обращают внимание, является слышный шум, не связанный ни с дефектом, например утечкой воды или аварией. Такое касается чаще всего водяных котлов. На некоторых участках водяного котла вода начинает кипеть, затем на следующем участке, в соответствии с направлением потока, быстро конденсирует (имплозии пара в воде). Данное явление происходит медленнее, менее резко в теплой или горячей воде. Наступление один за другим этих двух явлений, проявляется в шумной работе. При хорошо изолированных котлах этот предупредительный сигнал, однако, можно не услышать. У поврежденных котлов обычно уже есть своя история шумной работы и почти во всех имеется очень много отложений, необязательно в месте образования трещины.

Во многих котлах собираются отложения, что ведет к растрате в нарастающем порядке от 10 до 35% топлива в течение лишь пяти лет. В такой ситуации надо немного, чтобы котел полностью разрушился. Стоимость засоренных отложениями в котлах по стране достигает сотен миллионов. Это касается также тысячей «водяных» домашних систем центрального отопления. Не сделаем слишком большую ошибку, если примем, что данные потери в среднем составляют 10% расходованного топлива. При среднем годовом потреблении газа домашним котлом в 15000 м3/год, при нынешних ценах на газ можно сэкономить. Экономия топлива, достигаемая за счет поддержания чистоты внутри котла, требует гораздо меньших финансовых затрат, чем применение других решений, позволяющих сэкономить топливо.

Все пользователи котлов не должны забывать о том, чтобы:

• Контролировать рост температуры дымовых газов,

• Содержать котлы в чистоте (сажа/накипь)

Преимущества химической очистки:

• большая эффективность метода; отложения растворяются быстро и эффективно,

• относительно небольшая стоимость услуги,

• скорость проведения очистки,

• методы безопасны как для людей, так и для оборудования.

Б - ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ

Водяные котлы, в соответствии с признаваемой инженерной практикой, очищаются химически в зависимости от имеющихся в них отложений соответствующими кислотными растворами с ингибиторами коррозии и щелочными растворами. В этих котлах, в отличие от высокотемпературных и паровых котлов, нет смотровых и очистительных люков, через которые можно осмотреть внутреннюю поверхность котла и оценить состояние поверхности нагрева и отобрать при этом пробы отложений. В этой ситуации химию и технологические условия выбирается и определяется не в результате лабораторных исследований, а в упрощенном порядке. В водяных котлах не идут непрерывное испарение и непрерывный приток свежей воды, что приводит к концентрации различных солей и быстрых темпов накопления накипи. Располагая современной технологией, к очистке можно приступать «с ходу».

В зависимости от результатов измерения рН, изменения концентрации раствора, хода химической реакции, симптомами которой являются в частности интенсивность образования газа в растворе, интенсивность и цвет пены, скорость изменения цвета раствора на более темный, можно по мере необходимости откорректировать препарат или сделать повторную циркуляцию. Чаще всего, при типичном отложении накипи в котле и системе Ц. О. достаточно выполнить 1-2 циркуляции кислотными препаратами. Иное отличие, которое фактически определяет способ очистки низкотемпературных котлов, обусловлено видом материалов, из которых сделаны котлы.

В - ЧТО И КАК ЧИСТИМ?

жаротрубные дымогарные котлы из котельной стали марки 1Н18;

кожуховые котлы на твердое топливо из котельной стали марки P265;

конденсационные котлы с теплообменниками из нержавеющей стали или алюминия.

Особенно чувствительными к накопленной накипи являются чугунные котлы, так как загрязнения, содержащиеся в воде отопительного оборудования, в том числе продукты окисления железа, могут привести к отложению шлама в его нижней части. Если количество отложений значительное, происходит их постепенная кристаллизация в виде твердой накипи, и в результате перекрытие потока воды в части блока. Данное явление сопровождается шероховатостью поверхности чугуна.

Хотя поверхности нагрева, сделанные из котельной стали, более устойчивы к перегреву, однако, по экономическим причинам они должны периодически очищать. Кроме того, в отличие от чугунных котлов и выполненных из нержавеющей стали, они требуют пассивации.

Теплообменники конденсационных котлов могут изготовляться из кислотоустойчивой стали, кремнеалюминиевого сплава или алюминия. В такой ситуации, подбирая препарат, следует учесть его скорость коррозии для материала, с которым во время очистки раствор будет иметь периодический контакт.

Оценивая способ, в какой следует выполнить очистку котла, надо проанализировать его конструкцию, в частности циркуляцию воды в котле. Поскольку форма чугунных сегментов профилирована соответственно для того чтобы вызвать вихрь с целью достижения лучшего отвода тепла с поверхности нагрева, во время чистки с включенной горелкой направление циркуляции должно соответствовать тому, которое имеется в системе. В противном случае, котел может быть поврежден в результате перегрева, вызванного резким точечным испарением раствора и работой «всухую».

Чтобы быстро и эффективно выполнить очистку, следует применить соответственный препарат. Критериями подбора препарата являются: кратчайшие сроки удаления отложений – при высокой линейной скорости растворения в соответственно подобранном растворе, при незначительной коррозионности по отношению к котлу и при минимальном расходе препарата, купленного по доступной цене, а все это одновременно при отсутствии опасности получения ожогов, появления неприятного запаха, и с возможностью сброса нейтрализованной грязной воды в канализацию. Поэтому рекомендуется препарат, прошедший сертификацию и получивший аттестат, ГОСТА, который допускает химическую очистку теплообменников препаратом BIORENEX. Как организация, выполняющая очистку, так и инвесторы, в данном случае имеют уверенность в том, что препарат безопасный и легко нейтрализуется.

Г - КАК ЧИСТИТЬ? – ЭТАПЫ ПРОЦЕССА

Имея препарат и технологию, можно приступать к очистке. Подключение очищающего агрегата к арматуре котла очень простое. Единственное условие – надо отключить котел от системы, это означает, что подключение должно быть сделано на участке между закрытыми запорными кранами на подаче горячей воды и возврате холодной воды и котлом. Чаще всего подключение выполняется к:

- патрубку предохранительного клапана;

-сервисному патрубку;

-спускному крану;

-быстрому соединению труб горячей и холодной воды,

что обеспечивает максимальный поток раствора во время циркуляции.

Проблема немного осложняется в случае котлов с открытым расширительным баком, где, из-за частого пополнения системы неочищенной водой, появляется гораздо больше накипи, которую следует растворить.

Подключая насос, следует учесть расположение расширительного бака, так как во время циркуляции, насосом, растет сверхдавление в системе дополнительно вызванное большим количеством газов, образующихся в результате химической реакции растворения накипи. Чтобы предотвратить неконтролируемый выход раствора через расширительный бак, следует закрыть запорные краны над выпускными коллекторами и установить методом сварки сервисные патрубки с клапаном или применить два агрегата: всасывающий и напорный. Данный способ циркуляции вызовет непрерывный сбор газа и пены, которые образуются в результате химической реакции растворения накипи в баке раствора агрегата, где произойдет дегазация.

Очередность работ

Химическая очитка котла должна выполняться в следующей очередности:

- Демонтировать в требуемом объеме арматуру и отсоединить оборудование.

- Закрыть краны системы, отсекая котел от циркуляции центрального отопления.

- Открыть спускной кран и слить воду из котла.

- На основании оценки циркуляции котельной воды и способа подсоединения системы центрального отопления, демонтировать элементы арматуры, для того, чтобы установить в них патрубки и присоединить шланги.

- Заполнить бак агрегата водой.

- Включить насос и проверить соединения на их герметичность. Любые протечки устранить.

- В обратном потоке прополоскать котел (подача сверху, возвращение продувочной воды низом). Подача воды под большим давлением позволить удалить шлам, который еще не кристаллизовал в твердую накипь.

- Слить грязную воду, залить новою и повторно выполнить промывку, отметив количество воды, введенной в систему.

- Изменяя положение кранов агрегата, изменить направление циркуляции и при работающем циркуляционном насосе включить горелку и подогреть раствор до 50°C.

Если конструкция котла требует демонтажа части контрольно-измерительной аппаратуры котла, а предохранительная система не позволяет включить горелку, в таком случае рекомендуется проводить очистку котла с использованием подогрева раствора. Для этого следует включить нагреватели, а термостат агрегата установить на 50°C.

- Добавить, пропорционально количеству воды, 1/10 препарата BIORENEX.

- Выключить горелку, а если очистка выполняется без ее запуска, при включенных нагревателях агрегата, далее циркулировать раствор в течение часа.

- Вести визуальный контроль раствора, зрительно оценивая количество образующихся пузырей газа и плотность образующейся пены, что свидетельствует об интенсивности реакции.

- Во время циркуляции раствора систематически выполнять замеры температуры.

- После того, как прекратят появляться признаки бурного хода реакции в виде пены, каждые 20 минут выполнять замеры pH раствора или обозначать его концентрацию методом кислотно-щелочного титрования.

После установления, что реакция завершилась, о чем свидетельствует двукратное получение одних и тех же результатов замеров (определения), раствор следует нейтрализовать и сбросить его в канализацию.

В зависимости от вида накипи, по мере необходимости, повторить очистку с применением раствора другой концентрации. Через очередные два часа раствор нейтрализовать.

Несколько раз тщательно промыть котел водой, изменяя направление потока. Промывать до момента, пока рН промывочной воды не достигнет пределов 6,5-8.

После завершения очистки следует проверить результаты, т. е. выполнить замеры сопротивления напора (определение разницы значений давления на манометрах, вызванных сопротивлением напора до и после очистки) .

Нижеследующие фотографии указывают отдельные этапы процесса химической очистки загрязненного теплообменника.

Фотографии №№ 1 и 2

Состояние теплообменника до очистки