Общая характеристика щелочноземельных накипей

Как известно, щелочно-земельные отложения состоят из соединений кальция и магния. Возможности химводоочистки в настоящее время в части удаления катионов жесткости достаточно велики. В схемах подготовки добавочной воды для котлов барабанного типа, предусмотрено не менее двух ступеней умягчения воды (для котлов давлением 3, 9 МПа - две ступени Na-катионирования; для более высокого рабочего давления и АЭС с реакторами ВВЭР - две ступени Н-ОН-ионирования), с достаточной надежностью организуется и очистка производственных конденсатов, проводятся конструктивные работы по уплотнению трубных систем конденсаторов и подогревателей, организуется автоматический химконтроль за присосами в конденсаторах и теплообменниках, но, к сожалению, исключить полностью поступление катионов кальция и магния в питательную воду котлов не удается. Концентрация этих примесей в котловой воде в силу специфики барабанных котлов неизбежно будет выше.

При работе котла в результате парообразования постепенно концентрация ионов-примесей увеличивается и по истечении определенного времени достигает предела их растворимости при данных температурных условиях. Дальнейшее увеличение концентрации этих ионов приводит к выделению из раствора труднорастворимых соединений в виде кристаллов. Центрами кристаллизации служат шероховатости на поверхностях нагрева котла, а также взвешенные и коллоидные частицы, находящиеся в воде.

Процесс кристаллизации солей из насыщенных растворов происходит в двух направлениях:

- выделение твердой фазы непосредственно на поверхностях нагрева;

- выделение твердой фазы в виде взвешенных в воде мельчайших кристалликов, укрупняющихся с течением времени и образующих шлам.

В группу щелочноземельных накипей входят кальциевые и магниевые накипи (карбонатные, сульфатные, силикатные, фосфатные), составляющие до 90 % от общего количества отложений в теплоэнергетическом оборудовании.

Карбонатная накипь СаСО₃ в теплоэнергетическом оборудовании может встречаться в виде плотных кристаллических отложений там, где процесс кипения отсутствует (экономайзеры, конденсаторы, ПВД, ПНД, трубопроводы т.д.). В условиях кипения СаСО₃ выпадает в виде неприкипающего шлама.

Сульфатная накипь СаSO₄ обладает большой плотностью и твердостью. При химических очистках требует особого внимания.

Силикатная накипьCaSiO₃ образует твердую накипь, крепко пристающую к стенкам поверхностей нагрева. Также вызывает определенные осложнения при проведении химических очисток.

Силикатные накипи 5CaO·5SiO₂·H₂O и другие имеют разнообразный минеральный состав, т.к. кремневая кислота образует накипи не только с катионами Ca²⁺ и Mg²⁺, но и с Na⁺, Fe²⁺, Al³⁺, в связи с чем и структура этих отложений разнообразна – от пористых и комковых до твердых плотных образований, ровным слоем покрывающих металлическую поверхность.

Питательная вода, несмотря на обработку на ВПУ, всегда содержит некоторое количество растворенных солей, поэтому в котловой воде могут находится одновременно катионы Ca²⁺, Mg²⁺ и различные анионы (SO₄^2-, SiO₃^2-, CO₃^2- и др.).

В состав котельного шлама могут входить карбонат кальция CaCO₃, гидрокарбонат магния Mg(OH)₂·MgCO₃, оксиды меди CuO, Cu₂O, органические вещества т.п.

Шламы подразделяют на неприкипающие к поверхности нагрева и поэтому сравнительно легко выводимые из контура котла с продувкой и шламы, способные при определенных условиях прикипать к поверхностям нагрева. Их называют вторичные накипи (гидроокись магния, фосфатно-магнезиальные соединения). Одна из задач воднохимического режима ТЭС и АЭС состоит в создании и поддержании таких условий в воде, при которых шлам не переходил бы во вторичную накипь, а удалялся бы с продувкой.