Дэвид Коннатон, отдел фильтрации Parker Hannifin, США
(перевод Е.А. Левченко, подготовлено по материалам электронного журнала Power)
Организация химической подготовки и подачи воды — одна из важнейших задач, решаемая в процессе проектировки и работы котельных. При плановых остановках оборудования или внеплановых перебоях существует необходимость слива и осушения большинства котлов и вспомогательных систем. После проведения обслуживания необходимо повторное заполнение оборудования водой, в которой при отсутствии надлежащей деаэрации, как правило, присутствует высокая концентрация растворенного углекислого газа и кислорода. Проблема высокого содержания растворенных в воде газов столь же актуальна и для баков-аккумуляторов котельных.
Существуют способы деаэрации воды в баках, такие как обработка аммиаком и гидразином, однако подобные меры, снижая содержание кислорода, при этом в 10 раз повышают содержание солей аммония.
Одной из эффективных технологий предупреждения коррозии котельного оборудования является применение барботирования азота через слой воды и создание газового слоя над поверхностью воды. Сочетание этих технологий позволяет удалить из воды кислород и СО2, а чистая инертная атмосфера азота вверху емкости вытесняет влажный воздух, препятствуя новому проникновению агрессивных газов в воду.
Заполнение бака азотом осуществляется, как правило, при помощи автоматической системы управления клапанами, которая регулирует содержание азота в баке для поддержания газового «одеяла» вверху емкости. Также подача может осуществляться непрерывно под малым постоянным давлением газа без участия автоматики. Для подачи газа в емкость необходимо применять медные трубы либо трубы из нержавеющей стали — материалов, слабо подверженных коррозии. При применении подобной технологии минимизируются энергетические затраты на подготовку пара для деаэраторов, устраняются загрязнения емкости, снижаются затраты на его обслуживание.
Существует несколько вариантов доставки азота на предприятие: в баллонах высокого давления, в сжиженном виде в сосудах Дьюара, или же газ может производиться непосредственно на объекте. Баллоны высокого давления содержат достаточно малое количество газа, из-за чего требуется их частая замена, что справедливо также и для сжиженного газа в сосудах Дьюара, хотя и в меньшей степени. Массовая доставка сжиженного азота может производиться автоцистерной, а его запасы могут храниться в большом теплоизолированном баке, который требует отдельного бетонного фундамента и ограждения. Как правило, компания-поставщик азота сама владеет таким баком-хранилищем азота, обеспечивая его обслуживание, а фундамент и ограждение находятся на балансе генерирующей компании. Плюсом последней схемы является то, что не требуется каких-либо специальных мероприятий по обслуживанию хранилища. Газовая компания, как правило, предоставляет пятилетний договор на поставку азота, что, однако, может не гарантировать постоянство цены на эту услугу.
Кроме того, азот может быть получен непосредственно на объекте генераторами методом адсорбции при переменном давлении. Стоимость затраченной электроэнергии на производство 100 м3 газа составляет порядка 5,3 долл. США, в то время как привозной азот обойдется в 24,7 долл. США за 100 м3 (средний тариф на электроэнергию в США на 2015 г. в два раза выше среднего тарифа в РФ. — Прим. ред.). Конечно, в холодном климате генератор азота должен быть защищен от воздействий окружающей среды, что потребует дополнительных затрат на организацию помещения помимо затрат на обслуживание генератора. Тем не менее, самостоятельное производство азота обходится дешевле закупки, а качество газа не уступает привозному: современные генераторы могут производить азот чистотой до 99,999% практически из любого воздуха. Подобные генераторы имеют системы очистки воздуха от загрязняющих веществ, а фильтры тонкой очистки обеспечивают удаление биологических загрязнений, что является дополнительным важным фактором для предотвращения развития микроорганизмов в среде котловой воды.
Монтаж генераторов производится в стойках, они просты в установке, обслуживании и эксплуатации. Получаемый азот также может использоваться во время простоя котла: для снижения коррозии поверхностей котла он заполняется азотом вместо воздуха, что также снижает коррозию дополнительного оборудования, уменьшает задержку запуска и затраты на дополнительное обслуживание. Стоит отметить, что такой способ консервации не вносит дополнительных химически активных веществ в котел.
При подключении генератора к баку с водой важно предотвратить обратный поток воды в генератор. Наиболее надежный способ — размещение колена подающей трубы выше уровня верхней точки воды в баке (рисунок).
Рисунок. Типовая схема организации подачи азота в бак.
Несмотря на то, что воздух на 78% состоит из азота, его утечка может быть опасна в виду того, что человек не в состоянии почувствовать изменение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, и при превышении концентрации азота и понижении концентрации кислорода персонал может пострадать от удушья. Обнаружение утечки азота возможно определить лишь специальными датчиками. Большинство современных генераторов азота имеют встроенные датчики концентрации и автоматику, предотвращающие утечки газа.
Важно помнить, что азот не должен присутствовать в ограниченном пространстве, где может находиться персонал. Для работы с азотом необходимо соблюдать меры предосторожности:
■ систему вентиляции и датчики кислорода в воздухе нужно поддерживать в исправном состоянии;
■ необходимо организовать периодический контроль датчиков загазованности, кислорода и вентиляции. Персонал должен уметь определять, когда они работают неправильно;
■ необходимо разработать инструкцию и строго соблюдать правила безопасности при входе в замкнутые пространства, где возможна утечка азота, а персонал должен быть предостережен о возможных угрозах здоровью при работе с азотом.
С соответствующим исполнением мер предосторожности, метод укрытия и барботирования азота в баках с питательной водой и баках- аккумуляторах представляет собой хороший способ обеспечения высокого качества воды на тепловых станциях. Выбор между поставкой азота и производством его собственными силами должен быть выбран на основе предложенных преимуществ и недостатков. Независимо от выбора, только безопасное внедрение системы может обеспечить полный возврат вложенных инвестиций и избежать непредвиденных ситуаций.