Мониторинг и очистка замкнутых систем водяного охлаждения

На вашей электростанции может быть несколько систем охлаждения с замкнутым контуром. Велика вероятность, что они охлаждают или контролируют температуру некоторых очень важных компонентов. Наиболее вероятными являются так называемая система водяного охлаждения подшипников (которая заботится не только о подшипниках) и система охлаждения статора для тех установок, которые имеют статор с водяным охлаждением. Системы охлаждения с замкнутым контуром также можно найти в воздухоохладителях на воздухозаборниках турбин внутреннего сгорания.

По самой своей природе, когда замкнутая система остается закрытой и работает должным образом в течение длительного периода времени, о ней часто забывают или, по крайней мере, пренебрегают. Небольшие изменения в химическом составе или скорости потока и перепаде давления во всей системе могут быть не замечены. Однако, как только коррозионные процессы закрепятся в этих системах, исправить их будет очень сложно. В то же время критически важное оборудование для обработки данных может быть повреждено до такой степени, что это повлияет на работоспособность установки. Мы начнем с некоторых общих принципов и практик для систем водяного охлаждения с замкнутым контуром, а затем рассмотрим систему водяного охлаждения статора, которая особый случай.

Понимание систем охлаждения с замкнутым контуром

Большинство электростанций, использующих замкнутое водяное охлаждение для механических систем (а не для парового цикла), имеют несколько подсистем. Система водяного охлаждения подшипников обычно обеспечивает охлаждение важных подшипников и уплотнений насоса, водородных охладителей генератора, смазочного масла и охладителей воздушного компрессора. Другие системы охлаждения с замкнутым контуром могут включать системы охлажденной воды для воздухоохладителей, используемых на впуске воздуха в газовые турбины на электростанции с комбинированным циклом, и панель для отбора химических проб.

Система охлаждения с замкнутым контуром может обмениваться теплом с основной системой охлаждающей воды в обычных трубчатых и кожуховых теплообменниках или пластинчатых и рамных теплообменниках. Системы охлажденной воды (воздушные охладители) обмениваются теплом с компрессором, который, в свою очередь, использует градирню для возврата тепла в окружающую среду.

Обычно для подпитки охлаждающей воды в замкнутом контуре используется деминерализованная вода, но для предотвращения коррозии и, в некоторых системах, замерзания требуется химическая обработка. Чаще всего трубопроводы в замкнутой системе изготавливаются из углеродистой стали. Поверхности теплообмена, например, в узлах воздухоохладителей, могут быть медными или даже алюминиевыми. Пластинчатые и рамные теплообменники часто изготавливаются из пластин нержавеющей стали. Уход и содержание этих систем требует внимания ко всем металлам.

В замкнутой системе кислородная питтинговая коррозия является наиболее распространенным типом коррозии (рис. 1). Симптомами кислородной точечной коррозии могут быть ржавая вода или периодическое техническое обслуживание подшипников из-за истирания поверхностей уплотнений продуктами коррозии.

1. Кислородное питтинг в замкнутой системе водяного охлаждения. С разрешения: М.&М Инжиниринг

Для возникновения кислородной питтинговой коррозии сначала должен образоваться отложения, покрывающие часть поверхности металла, создавая разницу между содержанием кислорода под отложениями и содержанием кислорода в объеме воды. Область под отложениями с дефицитом кислорода становится анодом, а область вокруг отложения, подвергающаяся воздействию объемной воды, становится катодом. Такая конфигурация «большой катод, маленький анод» вызывает концентрированную и ускоренную точечную коррозию в ограниченной области, вызывая точечные утечки.

Если бактериям позволить размножаться внутри замкнутой системы, они могут создать «живой» депозит. Побочные продукты бактериального дыхания часто являются кислыми, а дыхание также потребляет кислород, в результате чего основа биопленки способствует коррозии основного металла. Это еще больше стимулирует развитие некоторых типов бактерий, поскольку они используют окисленный металл в своем метаболизме.

Химическая обработка для водяного охлаждения в замкнутом контуре

Когда система охлаждения с замкнутым контуром герметична и не испытывает потерь воды, применяемая химическая обработка может длиться неделями или месяцами, прежде чем ее потребуется обновить. Это может привести к самоуспокоенности. С другой стороны, системы охлаждения с замкнутым контуром, в которых есть утечки и которые имеют значительные потери воды, практически невозможно (а иногда и очень дорого) поддерживать на должном уровне очистки. Неправильный уровень обработки всегда приведет к коррозии этих систем.

Ниже мы перечисляем несколько вариантов, которые можно успешно использовать для обработки систем охлаждения с замкнутым контуром, таких как система водяного охлаждения подшипников или система воздушного охлаждения с замкнутым контуром. Как правило, вы находите программу обработки, которая хорошо подходит для различных металлов в вашей системе и системных требованиях (например, определяете, нужна ли вам защита от замерзания), а затем придерживаетесь ее.

Независимо от того, какой из трех химических методов обработки вы выберете, они, скорее всего, также будут содержать буферы pH (обычно каустическая кислота и борат натрия) для поддержания щелочного pH, что способствует минимизации коррозии углеродистой стали. Если в замкнутой системе присутствует медь, к обработке можно добавить азол для поддержания защитного химического слоя поверх открытых медных металлических поверхностей.

Нитрит натрия. Нитрит натрия уже много лет используется для предотвращения коррозии в самых разных системах с замкнутым контуром. Нитрит является окислителем и, по сути, останавливает коррозию, равномерно «разъедая» все. Это кажется нелогичным, но когда все становится катодом, а анода нет, коррозия прекращается.

Постоянная подача нитрита в систему гарантирует, что любые образовавшиеся оголенные участки быстро пассивируются. Однако если в контуре охлажденной воды недостаточно нитрита, в трубопроводе может образоваться анод, и мы снова получим коррозионную ячейку с большим катодом и маленьким анодом. Общие рекомендации по обработке нитритами предусматривают содержание нитрита не менее 700 ppm.

Нитриты используются некоторыми бактериями в качестве источника энергии. Если замкнутая система загрязняется этими бактериями, уровень нитритов может быстро снизиться. Бактерии также создают биопленки, которые создают отложения, образующие области, которые являются анодом для остальной части трубопровода. Добавление большего количества нитритов только еще больше ускоряет размножение бактерий, усугубляя проблему. Системы, использующие нитрит, следует регулярно проверять на наличие бактерий. В некоторых системах для предотвращения роста бактерий к обработке добавляют неокисляющие биоциды, такие как глутаральдегид или изотиазолин.

Молибдат натрия. Молибдат натрия обычно классифицируется как анодный ингибитор окисления. Молибдат взаимодействует с растворенным в воде кислородом, образуя на стали защитный феррикмолибдатный комплекс.

Уровни обработки молибдатом могут находиться где-то между 200 ppm и 800 ppm молибдата. Системы с замкнутым контуром, в которых используется подпитка деминерализованной водой, как правило, находятся в нижней части этого диапазона. К сожалению, мировые поставки металлического молибдата, как правило, концентрируются в районах исторических политических волнений, и с годами цены на молибдат резко менялись. Такая изменчивость цен может сделать обработку молибдатом конкурентоспособной по сравнению с обработкой нитритом или сделать ее гораздо более дорогой.

По иронии судьбы, в очень герметичных системах с замкнутым контуром уровень растворенного кислорода может упасть и, таким образом, свести к минимуму эффективность обработки молибдатом (которая требует растворенного кислорода для формирования пассивного слоя). Эксперты рекомендуют минимум 1 ppm растворенного кислорода в системах, обработанных молибдатом.

Полимерные процедуры. Полимерные обработки использовались в течение многих лет для предотвращения накопления накипи и продуктов коррозии в открытых градирнях. Подобные полимеры теперь также продаются для использования в системах с замкнутым контуром. Похоже, что полимер действует как диспергатор любых продуктов коррозии или накипи, которые могут образоваться, поэтому он предотвращает коррозию, сохраняя поверхность чистой и гарантируя, что растворенный в воде кислород равномерно воздействует на все поверхности. Это приводит к общему, но в целом низкому уровню коррозии.

Одним из преимуществ этой обработки является то, что она считается очень экологически безопасной, хотя, пока замкнутая система остается закрытой, никакого воздействия на окружающую среду не должно быть.

Мониторинг охлаждающей воды в замкнутом контуре

Ключом к правильному функционированию вашей замкнутой системы является регулярный мониторинг. Независимо от того, какое активное вещество используется в вашем лечении (нитрит, молибдат или полимер), его концентрацию необходимо регулярно контролировать. Как правило, еженедельного тестирования достаточно, если уровень лечения не снижается. (Вы этого не узнаете, если не будете проводить регулярный мониторинг.) Поскольку антикоррозионная обработка углеродистой стали и меди обычно смешивается в одном продукте, низкие уровни обработки могут повлиять не только на трубы из углеродистой стали.

Также необходимо регулярно проверять pH воды. Учитывая степень буферизации pH при химической обработке, pH воды должен быть твердым. Падение pH может указывать на бактериальное загрязнение, особенно при обработке на основе нитритов. Еще одна вещь, которая может снизить уровень pH, — это утечки в системе, которые приводят к подпитке свежей деминерализованной водой.

Обращайте внимание на другие признаки бактериального загрязнения, такие как рост слизи в смотровых стеклах или индикаторах потока, а также гнилостный запах при сборе пробы. Пластинчатые и рамные теплообменники имеют очень большую поверхность и малое расстояние для теплообмена между пластинами. Бактериальное загрязнение может не только серьезно повлиять на теплообмен, но и вызвать утечки в пластинах из нержавеющей стали. В зависимости от давления в системе с замкнутым контуром по сравнению с разомкнутой в этот момент, охлаждающая вода подшипника может вытечь, или открытая охлаждающая вода может просочиться внутрь.

Помните, что гораздо легче предотвратить бактериальное заражение, чем пытаться восстановить систему, которая сильно загрязнена.

Статор охлаждающая вода системы

Система охлаждающей воды статора представляет собой особый замкнутый контур по нескольким причинам. Во-первых, он защищает одну из самых важных частей оборудования — генератор. В этой системе есть только один металл, вызывающий беспокойство: медь. И эта система должна оставаться очень чистой, даже нетронутой. Небольшое повышение температуры охлаждающих стержней статора может ограничить нагрузку или даже отключить генератор. Поэтому данная система требует особого понимания, внимания и контроля.

■ Напорный резервуар, содержащий деионизированную воду, которая обеспечивает всасывание к насосам.

■ Циркуляционные насосы

■ Теплообменник

■ Фильтры (картриджные фильтры, сетчатые фильтры или и то, и другое)

■ Деионизатор смешанного действия

■ Мониторинг расхода, температуры, проводимости, растворенного кислорода и, в некоторых случаях, pH.

Часто имеется два резервуара деионизатора и два набора фильтров, позволяющие отсоединить один из них для замены фильтрующего картриджа или замены смол смешанного слоя.

Контур охлаждения отводит тепло от стержней статора и передает его через теплообменники. Вода непрерывно проходит через фильтр смешанного действия, который удаляет любые растворимые ионные загрязнения, попадающие в воду. Эти примеси обычно представляют собой растворенный диоксид углерода и ионизированные (растворенные) продукты коррозии меди.

Ионообменные смолы также могут улавливать мелкие частицы оксидов меди, хотя с этой задачей лучше справляются картриджные фильтры. Ионообменная смола со временем может истощиться (на что указывает увеличение проводимости). Но чаще всего перепад давления на слое смолы (вызванный скоплением продуктов коррозии в смолах) требует замены смол.