Характеристики воды влияющие на работу механизма

Для целей технического использования на судне используется вода во многих разновидностях:

1. Забортная вода, используемая для отвода тепла в теплообменных аппаратах и для получения пресной воды и дистиллята, а также для балластировочных и противопожарных мероприятий.

2. Котловая вода, то есть вода, находящаяся внутри котлов.

3. Питательная вода котлов, то есть подаваемая в котлы.

4. Конденсат (различают конденсат отработавшего пара паровых турбин и паровых поршневых машин и механизмов).

5. Береговая вода – пресная вода, принятая с берега.

6. Дистиллят, то есть продукт испарения береговой или забортной воды и последующей конденсации пара. В значительных количествах он получается из влаги, содержащейся в воздухе, при работе кондиционерных установок.

7. Пресная вода для охлаждения ДВС (цилиндров, в ряде случаев поршней и форсунок) и иногда других механизмов и аппаратов.

Вода содержит растворённые соли, газы, различные органические и неорганические вещества в виде коллоидных или тонкодисперсных взвесей и грубодисперсные частицы. Часто все эти вещества, если только они не добавляются в воду целенаправленно, называют загрязнениями. Применение мутной воды со взвешенными частицами размером свыше 0,01 мм запрещается.

Вредное действие загрязнений заключается у одних – в коррозионной агрессивности по отношению к материалам механизмов, у других – в ухудшении интенсивности процессов теплообмена и связанными с этим ухудшением эффективности механизмов и аппаратов и снижением их механической прочности вследствие повышения температур. Поэтому естественно говорить о качестве воды как показателе её пригодности для использования.

Для оценки качества воды применяются следующие характеристики.

1. Общее солесодержание и плотность.

2. Окисляемость, характеризующая наличие органических веществ.

3. Солёность (содержание хлор-ионов).

4. Жёсткость.

5. Щёлочность.

6. Содержание масла.

7. Содержание газов, особенно кислорода.

8. Реакционная степень.

9. Наличие специализированных присадок.

Общее солесодержание можно установить по сухому остатку после выпаривания пробы воды. При полном анализе воды минеральный остаток определяется по сумме основных ионов:

Са²⁺ + Мg²⁺ + Na⁺ + Cl ^- + SO₄^2- + SiO₃^2- + CO₃^2- + Fe₂O₃ + Al₂O₃ мг/л.

При высоком солесодержании заметно повышается плотность воды, например, морская вода, содержащая 3,5% солей, имеет плотность 1025 кг/м³.

Окисляемость можно характеризовать количеством (в мг) KMnO₄ (перманганата калия), которое необходимо для окисления органических веществ, содержащихся в 1 литре воды, в присутствии серной кислоты. Вода с запахом сероводорода считается непригодной. Органические вещества, находящиеся в воде, дают плотную чёрную накипь, имеющую малую теплопроводность, то есть опасную для устройств с интенсивным теплообменом, особенно при высоких температурах, например, в паровых котлах.

Солёность воды зависит от количества хлоридов натрия, калия, кальция и солей NaBr, MgBr и им подобных. В основном солёность обусловлена наличием NaCl, поэтому за единицу солёности принимают содержание 10 мг NaCl в одном литре воды (10 мг/л NaCl = 1°Бр, то есть одному градусу Брандта). Галоидные соединения натрия, калия, магния, кальция хорошо растворимы, поэтому возможна безаварийная работа котлов без образования накипи даже при высоком солесодержании котловой воды (до 300°Бр).

15 Жёсткость воды – одна из основных её характеристик. Общая жёсткость обусловлена содержанием в ней карбонатов, гидрокарбонатов, сульфатов, нитратов, хлоридов и силикатов магния и кальция. Общая жёсткость равна сумме карбонатной (MgCO₃, CaCO₃, Mg(HCO₃)_2, Ca(HCO₃)₂) и некарбонатной (все остальные соли Mg и Ca) жёсткости.

Различают также временную и постоянную жёсткость. Временная жёсткость названа так потому, что гидрокарбонаты Mg и Ca разлагаются при нагревании по схеме

Са(НСО₃)₂ →↓ СаСО₃ +СО₂ +Н₂О,

то есть с выделением в осадок нерастворимого карбоната кальция или магния.

Единицей жёсткости в системе СИ является моль на кубический метр. Она определяется следующим образом: 1 моль/м³ соответствует массовой концентрации ионов кальция (1/2 Са²⁺) 20,04 г/м³ и ионов магния (1/2 Mg²⁺) 12,153 г/м³. Имеется следующая классификация воды по жёсткости: мягкая – до 2 моль/м³, средней жёсткости – 2…5 моль/м³, жёсткая – 5…10 моль/м³, очень жёсткая – более 10 моль/м³.

Соли жёсткости опасны ввиду их плохой растворимости. При повышении температуры они (особенно сульфаты и силикаты) выпадают в осадок, образуя накипь, которая снижает интенсивность теплопередачи. Известны следующие виды накипи:

Чисто гипсовая (свыше 90% СаSО₄), состоящая из продолговатых кристаллов, расположенных обычно перпендикулярно стенке поверхности нагрева. Эта накипь плотная и твёрдая, коэффициент её теплопроводности λ =4…8 кДж/м час°С (для сравнения: для стали λ ≈ 200…240 кДж/м час°С).

Богатая гипсовая (50…90% СаSО₄), кристаллы не имеют определённого направления, λ = 2…4 кДж/м час°С.

Чисто карбонатная (свыше 90% СаСО₃) накипь имеет разнообразную структуру: от порошкообразной до цементообразной. Для аморфной накипи λ = 1…4, для кристаллической λ = 2…20 кДж/м час°С.

Смешанная накипь (в основном СаСО₃, СаSО₄, MgСО₃). Её структура и теплопроводность зависят от преобладания какого-либо основного накипеобразователя.

Силикатная (свыше 20% SiО₂, что эквивалентно 39% СаSiО₃) – очень твёрдая, цементообразная, λ = 1…2 кДж/м час°С.

Шлам (СаСО₃, Н₂ SiО₃, масло, органические вещества) – рыхлый аморфный осадок.

Известно, что коэффициент теплопроводности падает с ростом давления пара в котле, т.е. одна и та же накипь может привести к аварии в котле высокого давления и не вызывает аварийного перегрева металла котла низкого давления.

Щёлочность пресной береговой воды обычно весьма мала. Однако для уменьшения коррозии и предотвращения образования накипи в котловую и охлаждающую воду ДВС вводят щёлочные вещества типа NаОН, Nа₂СО₃ и другие, вследствие чего необходим контроль за щёлочностью воды.

Щёлочность можно оценить содержанием в воде NаОН, Nа₂СО₃ и Nа₃РО₄*10Н₂О, пересчитанных на NаОН:

N_z = NаОН + Nа₂СО₃/4,5 + Nа₃РО₄*10Н₂О/15 мг/л,

где N_z – натронное число.

Практически щёлочность воды можно оценить по формуле коэффициента щёлочности

А_z = 40Р,

где 40 – химический эквивалент NаОН,

Р – количество кубических сантиметров 10-процентного раствора НNО₃ или НСl, необходимое для нейтрализации 100 см³ воды, подкрашенной фенолфталеином.

Щёлочность котловой воды нельзя определить расчётным методом, т.е. по количеству введенных в котёл щёлочных веществ, так как, с одной стороны, она уменьшается за счёт реакций с кислыми солями, а с другой – увеличивается из-за частичного гидролиза Nа₂СО₃ по схеме

СО₂

Nа₂СО₃ + Н₂О = NаОН + Н₂СО₃

Н₂О.

Такой распад увеличивается с повышением температуры и давления. Так, при давлении 1 Мпа распадается около 50% Nа₂СО₃, а при 5 МПа – 95%.

Более точно общая щёлочность воды определяется как суммарная концентрация находящихся в растворе гидратов, карбонатов, гидрокарбонатов, фосфатов и других анионов слабых кислот, выраженная в мг-экв/л.

Для береговой воды общая щёлочность обычно равна гидрокарбонатной, поскольку остальные ионы практически отсутствуют.

Содержание масла в воде имеет очень важное значение для эксплуатации котла. Попадая в котёл, масло впитывается накипью, при чём образуется продукт чёрного или тёмнокоричневого цвета, имеющий очень низкий коэффициент теплопроводности λ = 0,01…0,02 кДж/мч°С.

Газосодержание характеризуется растворимостью газов в воде, причём растворимость газов в воде возрастает с понижением температуры и повышением давления. Так, при давлении 0,1 МПа при температуре 60°С в одном литре воды может раствориться около 0,02мг кислорода, а при 20°С – более 8 мг.

Для эксплуатации поверхностей теплообмена, особенно у паровых котлов, большое значение имеет содержание кислорода в воде. Кислородная коррозия имеет ярко выраженный местный характер (язвенная коррозия). Она особенно интенсивна при нейтральной или кислой реакции воды. В этих случаях даже при ничтожных следах кислорода в питательной воде происходит сильное разъедание барабанов котлов, экономайзеров, трубопроводов (рис.11).

Скорость коррозии возрастает с повышением температуры, то есть для котлов с повышением давления пара. Кислород способствует ускорению и побочных химических реакций, также ведущих к окислению металла. Поскольку кислород непрерывно поступает с питательной водой, процесс окисления происходит непрерывно.

Углекислый газ вызывает углекислотную точечную коррозию по всей поверхности металла, но её действие значительно меньше, чем кислорода, и проявляется при более высоких температурах и для двигателей внутреннего сгорания его действие не столь активно.

Рис.11. Зависимость скорости коррозии стали от концентрации кислорода в воде.

Реакционная степень характеризуется показателем концентрации ионов водорода рН, определяемым как отрицательный логарифм степени электролитической диссоциации. Изменение рН в зависимости от температуры воды представлено в табл. 5.

Табл.5.

t°C
рН	7,37	7,26	7,00	6,89	6,63	6,34	6,19
t°C
рН	6,13	6,07	5,91	5,69	5,61	5,59	5,53

Как видно, число ионов Н возрастает (рН уменьшается) с повышением температуры. При рН = 7 (t = 23°С) вода нейтральна, но если при этой же температуре рН < 7, то есть число положительных ионов водорода превышает число отрицательных ионов гидроксила (ОН^¯), то вода имеет кислую реакцию, а при рН > 7 – щёлочную.

Изменение реакционной степени воды в зависимости от добавления щёлочей представлено в табл.6.

Практика показала, что для надёжной эксплуатации котла величина рН должна быть не менее 9 – 9,5. В противном случае, т.е. при кислотной реакции котловой воды (рН < 7) возникает интенсивная коррозия, схему которой можно представить в виде

Fе + 2Н⁺ → Fе²⁺ + Н₂;

2Н₂ +О₂ D 2Н⁺ + 2ОН^¯;

Fе²⁺ + 2ОН¯ → Fе(ОН)₂ и далее в Fе(ОН)₃

в присутствии кислорода.

Табл. 6.

Количество добавляемой щёлочи, г/л	Величина рН при добавлении
NаОН	Nа2СО3	Nа3РО4	Nа3РО4*10Н2О
	9,8	9,6	7,9	7,7
	10,0	9,8	7,95	7,75
	10,3	10,0	8,0	7,8
	10,5	10,3	8,25	8,0
	10,8	10,6	8,65	8,2
	11,0	10,8	8,9	8,4
	11,2	11,0	9,2	8,8

Таким образом, ион водорода, выделяясь в форме атомарного водорода на поверхности стенки, отнимает электроны у железа. Эта реакция протекает особенно интенсивно в присутствии кислорода и хлористого магния. В то же время избыточная щёлочность является причиной каустической коррозии стали и приводит к повышению вспенивания.

Для обеспечения надлежащего водного режима парового котла необходимо предусматривать как внекотловую обработку воды (водоподготовку), так и внутрикотловую. Водоподготовка нужна для очистки воды от примесей, солей жёсткости, масла, кислорода. Внутрикотловая водоподготовка позволяет поддерживать определённую щёлочность для защиты от коррозии и отложений накипи при предельном общем солесодержании воды в котле, которое необходимо для предупреждения вспенивания и поддержания чистоты пара. Увеличение общего солесодержания котловой воды сверх допускаемого по нормам предотвращается продувкой (периодической или непрерывной).

В водотрубных котлах применяется фосфатирование, представляющее собою внутрикотловую дообработку питательной воды, предотвращающую накипеобразование. Фосфаты вводят непосредственно в котловую воду в таком количестве, чтобы в котловой воде был избыток иона РО₄^3- 15 – 20 мг/л.

В качестве фосфатов используется технический тринатрийфосфат, содержащий около 92% Nа₃РО₄*12Н₂О.

При больших жёсткостях воды в котёл вводят антинакипины, в состав которых входят Nа₂СО₃*10Н₂О, Nа₃РО₄*12Н₂О, NаОН, Nа₂СrО₄*10Н₂О и коллоидные вещества (дубильный экстракт, крахмал) для создания центров кристаллизации при шламообразовании.

При фосфатном режиме внутрикотловой обработки щёлочность котловой воды должна поддерживаться на уровне 80 – 120 мг/л. Для этого вместе с фосфатами в котёл подают Nа₂СО₃ в требуемом количестве, контролируя натронное число по отбору пробы котловой воды.

14-15-16-17-18-19-20-21???

Дата добавления: 2015-08-09