Пар в производстве

Контроль качества конденсата

На большинстве предприятий актуальна задача снижения потребления различных ресурсов, в том числе водопотребления. Одной из систем, позволяющей снизить использование предприятием воды является система возврата конденсата в котельную для его повторного использования. Конденсат водяного пара является химически очищенной водой с высокой температурой, слив в канализацию которой является существенными потерями в том числе и потерей тепловой энергии.

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.

Таблица 1. Выдержка из СП 89.13 330.2012 «Котельные установки»

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).

Рис.1 Отложения солей жесткости на трубах жаротрубного котла

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.

Таблица 2. Максимальные значения общей жесткости в питательной воде котла согласно ГОСТ 24005-80 «Котлы паровые, стационарные с естественной циркуляцией»

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.

Рис.2 Работа котла. Взгляд изнутри.

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.

Табл. 3. Максимальные значения содержания нефтепродуктов в питательной воде котла согласно ГОСТ 24 005−80 «Котлы паровые, стационарные с естественной циркуляцией»

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.

Рис.3 Система контроля качества конденсата по электропроводимости

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.

Рис.4 Система контроля качества конденсата по электропроводимости

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).

Рис. 5 Двухкомпонентная система контроля качества по проводимости и мутности

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.
Технические ресурсы