Условием повторного использования конденсата является его чистота, а именно отсутствие в нем различного рода примесей. На практике зачастую возвращаемый в котельную конденсат содержит:
различные соединения железа, ржавчину;
вещества, попадающие в конденсат из-за разгерметизации теплообменного оборудования;
растворенные вещества, попадающие в паровой котел с питательной водой, уносимые вместе с паром и возвращаемый с конденсатом в деаэратор.
Каким же нормам и требованиям должен соответствовать возвращаемый в котельную конденсат? Максимально допустимый уровень загрязнения возвращаемого для подпитки котла конденсата определяется нормативной документацией, а именно СП 89.13 330.2012 «Котельные установки» (см. табл. 1). Если значения превышают допустимые, то конденсат необходимо очистить.
Если концентрация загрязнений выше значений, приведенных в таблице, конденсат не может использоваться без дополнительной очистки повторно.
Типы загрязнений конденсата
Избыточная жесткость воды и соли жесткости
Обычной практикой является ситуация, когда давление в водяном (нагреваемом) контуре пароводяного теплообменника выше, чем давление пара. Это снижает вероятность кипения воды на теплообменных поверхностях и образования на них жесткой накипи. Положение может усугубиться если нагреваемая вода имеет повышенную карбонатную жесткость, так как нагрев такой воды приводит к активному выпадению солей магния и кальция в осадок. Это означает, что в случае таких поломок теплообменников как разрушение прокладок (пластинчатые теплообменники) или разгерметизация вальцованных соединений труб в трубных досках (кожухотрубные теплообменники) жесткая вода будет попадать в греющий паровой контур, смешиваться с конденсатом и далее направляться в котельную. Попав, в конечном итоге, в котел соли в виде накипи будут откладываться на внутренних поверхностях котла (рис. 1).
Такие отложения препятствуют процессу нормальной теплопередачи, возникают участки перегрева жаровых труб, что приводит к их «провисанию», а в худшем случае к разрушению и выходу котла из строя.
ГОСТ 24 005−80 «Котлы паровые, стационарные с естественной циркуляцией. Общие технические требования» определяет требования по нормам содержания солей кальция и магния в подпиточной воде котлов (табл. 2). Аналогичные ограничения есть и для паровых котлов других типов.
Избыточная щелочность или кислотность
На многих предприятиях пищевой отрасли, да и не только, используются CIP-станции, которые подготавливают горячие химические растворы щелочей и кислот для промывки трубопроводов и технологического оборудования от загрязнений. Более подробно прочитать о CIP-станциях можно здесь.
Описанные выше поломки теплообменников приводят к попаданию растворов щелочей и кислот в конденсат и далее в котел. И те, и другие растворы оказывают разное, но негативное влияние на котел и его работу, а также другое оборудование паро-конденсатной системы.
Повышенная кислотность вызывает интенсивную коррозию в первую очередь конденсатных трубопроводов, деаэратора и внутренних элементов котла.
Помимо щелочной коррозии повышенная щелочность конденсата, а в дальнейшем питательной воды, может вызывать интенсивное пенообразование в котле. Образование пены, в свою очередь, приводит к проблемам, связанным с регулированием и поддержанием уровня в котле, а также ее уносу с паром. На поверхности испарения там, где образуется пена, концентрируются соли жесткости и другие загрязнения, присутствующие в котловой воде. Унос таких загрязнений с паром ведет к быстрому блокированию паровой арматуры и необходимости частых обслуживаний и ремонтов.
Посмотреть видео о работе котла изнутри можно здесь.
Масла, нефтепродукты и органические соединения
Аналогично рассмотренным ранее загрязнениям при нагреве таких сред как масла (как минерального, так и растительного), мазута и другие нефтепродуктов, а также различных органических соединений они могут попадать в конденсат и вызывать охрупчивание металла, образование нагара внутри котла, одним словом массу проблем, ведущих к нарушению работы котла, необходимости его ремонта и снижению срока службы.
ГОСТ 24 005−80 «Котлы паровые, стационарные с естественной циркуляцией. Общие технические требования» формирует требования, связанные с наличием различных нефтепродуктов в подпиточной воде котла (табл. 3). Аналогичные ограничения регламентирующими документами есть и для паровых котлов других типов.
Автоматизированные системы контроля качества конденсата
Контроль качества возвращаемого в котельную конденсата обычно носит периодический характер: в определенные моменты времени берутся пробы конденсата для его анализа на присутствие загрязнений. Такая системы позволяет определить состояние конденсата в данный непродолжительный отрезок времени в данной пробе конденсата, то есть результат анализа конденсата может не показать наличие загрязнений, появившихся сразу поле взятия пробы. При таком методе можно выявить загрязнения только в случае продолжительного попадания в конденсат больших объемов этих загрязнений, т. е. по сути выявить аварийное состояние системы после чего перенаправить весь поток конденсата в канализацию до устранения первопричины загрязнения.
Автоматизировать данный процесс можно при помощи специальных систем контроля качества конденсата, которые определяют наличие загрязнений в «онлайн» режиме, т. е. измеряя соответствующие параметры прямо в потоке.
Для определения загрязнений, приводящих к увеличению электрической проводимости воды, т. е. наличию солей, а также повышенной щелочности или кислотности используется система в которой измеряется электрическая проводимость конденсата (рис. 3).
Вторая система может определять наличие в конденсате таких нерастворимых примесей, как жиры, нефтепродукты и т. п. которые присутствуют в воде в виде мельчайших шариков. Действие системы основано измерении мутности, а именно, на принципе рассеивания света и уменьшении его интенсивности при попадании его на включения, находящиеся в конденсате.
Датчик проводимости монтируется на байпасной линии небольшого диаметра, расположенной ниже основного конденсатопровода. В случае если температура конденсата может меняться в широком диапазоне вместе с проводимостью надо измерять и температуру конденсата. Это происходит из-за того, то изменение температуры на 1 градус приводит к изменению электрической проводимости на 2%. Для компенсации данного эффекта вместе с датчиком проводимости устанавливается дополнительный датчик температуры.
Для обнаружения загрязнений конденсата таким органическими примесями как масла и жиры, которые не растворяются в воде, и находятся так в виде мельчайших шариков, используется оптический метод их обнаружения. При попадании света на такие включения происходит его рассеивание и падение интенсивности. Измерение интенсивности потока света происходит при помощи специального датчика. В остальном система автоматики идентична системе контроля качества конденсата по проводимости. Поток загрязнённого конденсата с помощью одного или двух клапанов отводится в канализацию или в специальную емкость (рис. 5).
Выбор оптимальной системы контроля связан с типом загрязнений:
- Загрязнения конденсата, отводимого от CIP-станций, теплообменников нагрева сырой воды и различных растворов, теплообменников нагрева молочных продуктов и напитков (соковые или минеральные), необходимо использовать систему контроля качества конденсата, измеряющую его электропроводимость.
- Когда возвращаемый конденсат может содержать нефтепродукты, масла, жиры или частица продуктов (молоко) надо использовать системы измерения мутности.
Основными результатами от внедрения системы контроля качества конденсата являются:
- Снижение рисков для эксплуатации котлов и оборудования котельной.
- Снижение количества времени, необходимого на диагностику загрязнений.
- Практически мгновенная реакция на наличие загрязнений и слив загрязненного конденсата и, как следствие, снижение времени воздействия загрязнений на пароконденсатную систему.
- Снижение эксплуатационных затрат.