Судовые котельные установки: Методические указания по выполнению лабораторных работ

КАМЧАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

СУДОВЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ Методические указания по выполнению лабораторных работ для курсантов специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок». Квалификация — инженер

ПЕТРОПАВЛОВСК-КАМЧАТСКИЙ 2003 ББК 39.455.1

Г12 УДК 621.181.27:629.12 Составитель С. В. Гаврилов, доцент кафедры судовых энергетических установок КамчатГТУ Рецензент С. А. Жуков, доцент кафедры судовых энергетических установок КамчатГТУ Методические указания предназначены для курсантов, изучающих дисциплину "Судовые котельные установки" (СКУ). Методические указания составлены на основании примерной программы дисциплины «Судовые котельные и паропроизводящие установки», рекомендованной Министерством образования России для направления подготовки дипломированного специалиста 658000 "Эксплуатация водного транспорта и транспортного оборудования", специальность 240500 "Эксплуатация судовых энергетических установок", в 2001 г. Методические указания учитывают требования Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования «Направление подготовки дипломированного специалиста 653300 "Эксплуатация транспорта и транспортного оборудования"» по специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок», квалификация выпускника — инженер, утвержденного Министерством образования Российской Федерации 5 апреля 2000 г. Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры СЭУ КамчатГТУ от 2 февраля 2003 г. Протокол № 7.

© КамчатГТУ, 2003 © С. В. Гаврилов, 2003

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Перед началом выполнения лабораторных работ учащиеся под руководством преподавателя знакомятся с оснащением лаборатории и получают инструктаж по технике безопасности при работе с инструментами, оборудованием и химическими реактивами. О проведенном инструктаже производится отметка в журнале по технике безопасности лаборатории. В ходе лабораторных работ используются легковоспламеняющиеся и токсичные химические соединения и реактивы. При работе с ними следует соблюдать меры предосторожности: — кислоты и щелочи, попавшие на наружные кожные покровы, необходимо смывать сильной струей воды; — при попадании кислоты в глаза, последние необходимо промыть двухпроцентным раствором соды; — при попадании щелочи в глаза, их необходимо промыть слабым раствором борной кислоты; — реактивы, используемые при проведении химических анализов, необходимо хранить только в сосудах с закрытыми пробками; — в помещении лаборатории запрещается пользоваться открытым огнем и курить; на рабочем месте и около него запрещается хранить горючие вещества, кроме пробы топлива, с которой производится работа; — использованные жидкости должны немедленно выливаться в сборную емкость; — у рабочего места лаборатории должны находится пенный огнетушитель, огнеупорное одеяло, ящик с песком и совок; — особую осторожность следует соблюдать при работе с порошком гидрида (карбида) кальция. Нельзя допускать попадания реактива на кожу рук, а в случае его попадания — необходимо протереть кожу чистой ветошью и только после удаления реактива вымыть ее водой с мылом; — при обнаружении каких-либо неисправностей оборудования необходимо немедленно сообщить об этом ведущему преподавателю или заведующему лабораторией. 3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА КОТЕЛЬНОГО ТОПЛИВА Цель работы: Приобретение навыков определения основных показателей качества котельного топлива в судовых условиях при помощи комплектной экспресс-лаборатории типа СКЛАМТ-1. Задание: Изучить назначение и устройство экспресс-лаборатории типа СКЛАМТ-1, методику определения с ее помощью основных показателей качества котельного топлива. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Все судовые топлива по вязкости при температуре 50 оС подразделяются на три группы. Предельные физико-химические показатели этих групп приведены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Вид топлива Маловязкое Средневязкое Высоковязкое

Вязкость, сСт, при 50 оС

Плотность при 20 оС, кг/м3, не более

Содержание серы, %, не более

Коксуемость, %, не более

Зольность, %, не более

до 12 12—150 выше 150

890 970 1015

1,5 2,5 4,3

0,5 9,0 —

0,05 0,20 0,20

По основному назначению судовые топлива классификацией Shell Marine Fuel Specifications 1986 г. разделяют на следующие группы: — морской газойль (Marine Gas Oil) MGO; — морское дизельное топливо (Marine Diesel Oil) MDO; — вязкие топлива (Intermediate Fuel Oil или Thin Fuel Oil) IFO, TFO; — высоковязкие топлива (Heavy Fuel Oil или Residual Fuel Oil) HFO, RFO; — бункерные мазуты (Bunker Fuel Oil) BFO. Показатели качества топлива регламентируются международными и национальными (государственными) стандартами, техническими условиями, а также ведомственными спецификациями. Международные и национальные стандарты устанавливают лишь наиболее общие требования по важнейшим характеристикам топлив. Технические условия и ведомственные спецификации регламентируют конкретные требования по всем их основным физико-химическим показателям. 4

До 1982 г. не существовало международных технических условий, отражающих специфические требования к топливам для СЭУ. Первыми из них стал Британский стандарт BSMA 100:1982. В 1987 г. Международной организацией стандартизации ISO был создан стандарт ISO/DIS 8217, уточненный в 1996 г. Другими широко применяемыми техническими условиями являются требования SIMAC для тяжелых топлив, разработанные в 1990 г. Они отличаются от требований ISO/DIS 8217 ужесточением показателей и введением дополнительных характеристик. Несмотря на введение в действие указанных стандартов, в международной практике в настоящее время распространено другое обозначение средне- и высоковязких топлив: IFO-30, IFO-40, IFO-180, и т. д., в которой цифровое обозначение соответствует значению кинематической вязкости в сСт при температуре 50 оС. Ограничительный перечень топлив отечественного производства, допускаемых для котельных установок рыбопромысловых судов, установлен отраслевым стандартом ОСТ 15.360-86 "Топлива отечественные и зарубежные для судов флота рыбной промышленности. Номенклатура. Порядок назначения и применения". Этот перечень приведен в табл. 1.2. Таблица 1.2 Основная марка Дублирующая марка 1. Дизельное топливо Л-62 по ГОСТ 305- Дизельное топливо утяжеленного фракционного состава (УФС) по 82 ТУ 38.001355-86 Судовое маловязкое топливо (СМТ) по ТУ 38.101567-87 топливо ТГ, 2. Моторное топливо ДТ, ДТВК, ДМВК по Газотурбинное ТГВК по ГОСТ 10433-75 ГОСТ 1667-68 3. Мазут флотский Ф5, Ф12 по ГОСТ Моторное топливо ДТ, ДТВК по ГОСТ 1667-68 10585-75 Моторное топливо ДМВК по 4. Мазут топочный 40 по ГОСТ 10585-75 ГОСТ 1667-68 Мазут топочный 40 по 5. Мазут топочный 100 по ГОСТ 10585-75 ГОСТ 10585-75

Этот же отраслевой стандарт устанавливает примерное соответствие основных характеристик различных видов отечественных и зарубежных судовых топлив, табл. 1.3 [3]. Основными документами на принятую партию топлива являются паспорт качества (сертификат), в котором приведены основные показатели, характеризующие качество топлива, и коносамент (накладная), заверенная подписями выдающего и принимающего топливо лиц и

5

судовой печатью. Использование нефтепродуктов, не имеющих сертификата, запрещается. Перед приемкой топлива на судно необходимо получить на бункеровщике сертификат и убедиться, что показатели качества топлива соответствуют требуемым, в противном случае его приемка запрещается. Накладная и сертификат вместе с отчетом по ГСМ и теплотехническим отчетом по прибытии судна из рейса представляются старшим механиком в механико-судовую службу судовладельца. Они служат основными документами для учета выполнения норм расхода топлива и достигнутой экономии. Таблица 1.3 Зарубежное топливо Между- BSMA:100 ISO/DIS 8217 народная классификация

Отечественное топливо ГОСТ или ТУ

Топливо

Маловязкое Дизельное Л-62 Дизельное Л-35 ТУ 38.001355-86 Топливо утяжеленного фракционного состава ТУ 38.101567-87 Топливо маловязкое судовое Средневязкое ГОСТ 305-82

MDO MGO То же

M1, M2 M3 То же

DMB, DMC DMX, DMA То же

"

"

"

ГОСТ 1667-68 ГОСТ 10433-75 ГОСТ 10433-75 ГОСТ 1667-68 ГОСТ 10585-75 ГОСТ 10585-75 ГОСТ 1667-68

IFО-20 ДТВК — ТГВК — ТГ IFО-40 ДТ IFО-40 Флотский мазут Ф5 Флотский мазут Ф12 IFО-80 IFО-120 ДМВК

ГОСТ 10585-75 ГОСТ 10585-75 Аналогов нет

Топочный мазут 40 Топочный мазут 100

Высоковязкое IFО-230 IFО-600 IFО-700

— — — М4 M4 — — M6 M11 M12

— — — RMB10 RMB10 RMB15 RME25 RMK45 RMH55

Если в процессе приемки топлива на судно возникают сомнения в его качестве, его экспресс-анализ может быть проведен при помощи экспресс-лаборатории. При обнаружении несоответствия показателей топлива указанным в сертификате, приемка должна быть прекращена. На принимающем и выдающем топливо судах отбираются пробы для анализа в лабораторных условиях с целью установления причин ухудшения качества топлива и определения виновных лиц. 6

Учет расхода топлива на судне ежесуточно ведется третьим механиком, который предоставляет сведения старшему механику и регистрирует их в машинном журнале теплохода. 2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 2.1. Определение плотности топлива Определение плотности производится при помощи денсиметров общего назначения. В комплект экспресс-лаборатории типа СКЛАМТ1 входят денсиметры с пределами ареометрических шкал 0,7—0,76; 0,76—0,82; 0,82—0,88; 0,88—0,94; 0,94—1,0 г/см3. Плотность топлива определяется в следующем порядке. 2.1.1. Пробоотборник с мазутом необходимо выдержать при температуре окружающей среды так, чтобы его температура отличалась от температуры окружающего воздуха не более чем на 5 оС. 2.1.2. Налить пробу мазута в чистый сухой мерный цилиндр, опустить в него денсиметр, держа его за верхний конец. 2.1.3. Произвести отсчет по верхнему краю мениска, который должен находится на уровне глаз. Измеренное значение плотности соответствует температуре опыта, показываемой термометром, расположенным на дверце ящика лаборатории. 2.1.4. Для определения количества топлива, принятого на борт судна, следует найти его плотность при температуре приемки, которая может отличатся от указанной в сертификате (20, 50, 80 оС). Для сравнения фактической и указанной в сертификате плотностей следует привести фактическую плотность, определенную экспериментально, к температуре, указанной в сертификате. Приведение плотности осуществляется по формуле

ρt1 = ρt + у(t – t1)

(1.1)

ρt1 — плотность топлива, приведенная к температуре, укагде занной в паспорте качества, г/см3; ρt — плотность топлива, найденная анализом, г/см3; y — температурная поправка, г/(оС·см3), зависящая от плотности топлива, табл. 1.4; t — температура пробы топлива, оС; t1 — температура приведения, оС. Таблица 1.4

Плотность, г/см3 Поправка у

0,69—0,74 0,0009

0,74—0,82 0,0008

0,82—0,89 0,0007

0,89—0,97 0,0006

2.1.5. Измерение плотности остаточных топлив с вязкостью более 210 сСт (28 оВУ) производят после их разбавления равным объемом керосина или дизельного топлива. Измеренную плотность полученной 7

смеси вначале приводят к нужной температуре по формуле (1.1), а затем по выражению (1.2) вычисляют плотность остаточного топлива, г/см3,

ρсм = 2ρсм – ρд где

(1.2)

ρсм — плотность смеси; ρд — плотность керосина или дизельного топлива при той

же температуре, что и плотность смеси. 2.1.6. Данные замеров и приведенные плотности заносят в табл. 1.5. Вид топлива

Измеренная плотность

ρt

Температура окружающей о среды t, С

Поправка у

Таблица 1.5 Приведенная плотность

ρt1

Дизельное Остаточное

2.2. Определение содержания в топливе воды Метод основан на измерении разности температур пробы топлива, возникающей в результате протекания экзотермической реакции между содержащейся в нем водой и порошком гидрида кальция. Реакция взаимодействия воды и гидрида кальция протекает по схеме 2Н2О + СаН2 = Са(ОН)2 + 2Н2 + Q. Количество выделяющегося в ходе указанной реакции тепла прямо пропорционально содержанию в топливе воды. Содержание влаги определяют следующим образом. 2.2.1. Пробоотборник заполняется топливом на 3/4 уровня, проба подогревается до 40—50 оС и в течение нескольких минут перемешивается встряхиванием. 2.2.2. Подготовленная проба наливается в сухую, чистую пробирку до отметки 10 мл, выдерживается до приобретения температуры окружающей среды (по показаниям термометра, вставленного в пробирку). 2.2.3. При помешивании термометром в пробу засыпают навеску порошка гидрида кальция. При наличии влаги температура пробы начнет медленно повышаться. Через 7—10 минут определяют ее конечную температуру и по разности начальной и конечной температур с помощью номограммы, расположенной на верхней панели лаборатории (рис. 1.1), находят содержание в топливе воды. Если после добавления гидрида кальция температура пробы увеличивается не более чем на 0,5 оС, то топливо влаги не содержит. Примечание. Топливо, содержащее более 2 % воды, и вязкие топлива необходимо разбавлять не содержащим влаги керосином или дизельным топливом. Для этого в мерный цилиндр наливают 20 мл топлива и добавляют разба-

8

витель до отметки 100 мл. После перемешивания выполняют анализ пробы, полученный результат увеличивают в 5 раз.

Рис. 1.1. Номограмма для определения содержания в топливе воды

2.3. Определение температуры вспышки Определение температуры вспышки топлива производится путем визуального наблюдения воспламенения паров нефтепродуктов от нагретой электрическим током спирали воспламенителя. Температура пробы измеряется электрическим термометром. Прибор для определения вспышки нефтепродуктов состоит из двух блоков: нагревателя с тиглем и датчика температуры; блока стабилизированного питания с измерительным прибором. Перед проведением опыта необходимо проверить состояние прибора, установить воспламенитель, проверить его нажатием кнопки в течение 5 с. Определение температуры вспышки производится в следующем порядке. 2.3.1. Прибор прогревается до 100 оС, для чего снимается воспламенитель, прибор закрывается защитным колпачком, переключатель предела нагрева устанавливается в положение "90—110 оС", переключатель шкал термометра — в положение "50—150 оС". 2.3.2. После прогрева прибора переключатель предела нагрева устанавливается в положение "0", защитный колпачок снимается и прибор охлаждается до температуры 50 оС. 2.3.3. Топливо наливается в тигль с нанесенной на дне буквой "Т" до уровня проточки. Воспламенитель устанавливается так, чтобы край

9

его спирали был ниже верхнего края тигля на толщину проволочки. Прибор закрывается защитным колпачком. 2.3.4. Переключатель предела нагрева устанавливается на два интервала выше предполагаемой температуры вспышки. Рост температуры контролируют по нижней шкале прибора (50—150 оС). Скорость роста температуры не должна превышать 2 оС в минуту. Ее регулируют переключением предела нагрева. 2.3.5. Примерно за 10 оС до предполагаемой температуры вспышки начинают наблюдение через смотровое окно колпачка. Кнопку воспламенителя нажимают через каждые 2 оС и держат нажатой примерно 5 с. При появлении вспышки фиксируют температуру на шкале. 2.3.6. Прибор отключают от сети, снимают защитный колпачок, вынимают при помощи пинцета воспламенитель и тигль. Внимание! Горячий тигль может вызвать ожоги! После охлаждения тигля до 50 оС опыт повторяют с новой пробой топлива. Расхождение между результатами не должно превышать 3 оС. Результаты заносят в табл. 1.6. Таблица 1.6 Температура вспышки, оС Вид опыт 1 опыт 2 принятая топлива Дизельное Остаточное Примечание. Истинная температура вспышки определяется с учетом температурной поправки Δt (табл. 1.7), которую необходимо прибавить к температуре вспышки, найденной опытным путем. Таблица 1.7 Барометрическое 688—716 717—745 745—803 выше 803 давление, мм. рт. ст Поправка Δt, оС

2.4. Определение вязкости топлива Вязкость характеризуется силами внутреннего трения, возникающими при взаимном перемещении слоев жидкости. Количественно эти силы оцениваются при помощи коэффициента динамической вязкости. При движении слоев жидкости с различными скоростями между ними возникают касательные силы, равные F = μ |dv/dz|S,

μ — коэффициент динамической вязкости, Па·с; |dv/dz| — модуль градиента скорости, характеризующий изменение скорости в направлении z, перпендикулярном слоям жидкости; S — площадь соприкосновения слоев. Коэффициент динамической вязкости μ численно равен касательной силе, действующей на площади 1 м2 и обеспечивающей разность скоростей движения параллельных слоев жидкости, находящихся на где

10

расстоянии 1 м, равной 1 м/с. Отношение динамической вязкости к плотности топлива называется кинематической вязкостью, то есть

ν = μ /ρ. В качестве единицы кинематической вязкости используется сантистокс (сСт). Вязкость остаточных топлив может быть выражена в градусах условной вязкости, оВУ, или градусах Энглера. В зарубежной практике вязкость выражается в секундах Редвуда № 1 (RI) и в секундах Сейболта универсальных (SSU). Вязкость, выраженная в сСт, может быть переведена в другие единицы измерения. Таблица перевода размерностей приведена в приложении 1. Определение условной вязкости заключается в сравнении времени истечения нефтепродукта через калиброванное отверстие индикатора вязкости со временем истечения того же количества дистиллированной воды при температуре 20 оС. Индикатор вязкости представляет собой сосуд с отверстием, перекрываемым деревянным запорным штифтом. Прибор подвешен на левой крышке ящика лаборатории. Условная вязкость определяется в следующем порядке. 2.4.1. Индикатор вязкости со вставленным в отверстие запорным штырем заполняется пробой топлива, под него устанавливается мерный сосуд. Запорный штифт удаляется, одновременно включается секундомер. По достижении уровнем топлива в мерном сосуде отметки 100 мл, секундомер выключается. Измерение времени истечения производится два-три раза. Результаты не должны отличаться более чем на 0,5 с. Окончательно принимается среднее значение. 2.4.2. Условная вязкость, оВУ, при температуре измерения равна о ВУ = Т/ВЧ, где Т — среднее время истечения пробы, с; ВЧ — водное число прибора, с. 2.4.3. Результаты измерений заносятся в табл. 1.8. Таблица 1.8 t, о С

Время истечения опыт 1 опыт 2 среднее

о

ВУ

Вязкость сСт

RI

SSU

При помощи прилагаемого к лаборатории вискозиметра можно определить условную вязкость испытуемого топлива при различных температурах (например, при 50, 60, 70, 80 оС). По полученным экспериментальным данным строится номограмма, выражающая зависимость вязкости данного топлива от температуры. Эта номограмма может быть использована для ориентировочного определения марки неизвестного топлива. 11

Для обеспечения качественного распыливания топлива его вязкость перед форсунками судовых котлов должна составлять 10—17 сСт (1,8—2,5 оВУ). Предельно допустимая вязкость топлива не должна превышать 30—38 сСт (4—5 оВУ). Для получения заданной вязкости его необходимо подогревать. Требуемая температура подогрева определяется при помощи номограммы, представленной на рис. 1.2. 3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Индивидуальный отчет составляется на основании выполненной работы. Он должен содержать: — краткое описание выполненных опытов; — таблицы 1.5—1.8 с результатами испытаний проб топлива, обработку полученных результатов; — внешний вид номограмм зависимости вязкости топлива от температуры и содержания воды в нефтепродуктах и описание работы с ними; — диапазон температур подогрева исследуемых топлив на различных участках топливной системы (в цистернах запаса, отстойных и расходных цистернах, перед форсунками); — выводы о качестве исследуемых топлив.

Рис. 1.2. Номограмма для определения вязкости топлива

12

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Укажите, какие анализы топлива позволяет выполнять судовая экспресслаборатория типа СКЛАМТ? 2. Поясните методики определения плотности, вязкости и температуры вспышки топлива. 3. Назовите предельную температуру подогрева топлива, которая может поддерживаться в расходных и отстойных цистернах. От чего зависит ее величина? 4. Какие эксплуатационные факторы способствуют повышению влажности топлива? Как повышенная влажность топлива сказывается на работе вспомогательного парового котла? 5. Поясните, чем температура вспышки топлива отличается от температуры его воспламенения? 6. Кто отвечает за приемку, хранение и выдачу топлива на судне? Кто непосредственно занимается его приемкой? Как следует поступить, если характеристики получаемого топлива не соответствуют требованиям инструкции по эксплуатации, выданной заводом-изготовителем? 7. Назовите документы, которые должны сопровождать партию принятого на борт топлива. Как следует поступить в том случае, если установлено, что принимаемое топливо не соответствует предъявленному на него паспорту качества? 8. Перечислите основные меры безопасности, которые необходимо предпринимать перед и в ходе приемки топлива на судно. 9. С какой целью осуществляется приведение плотности топлива к температуре, при которой она указана в сертификате? Как осуществляется такое приведение? 10. Какие эксплуатационные осложнения могут возникнуть в случае смешивания различных топлив, чем они вызваны? 11. Укажите диапазон оптимальной вязкости топлива перед форсункой судового котла. Назовите верхний допустимый предел вязкости. ЛИТЕРАТУРА 1. Справочник судового механика по теплотехнике / И. Ф. Кошелев, А. П. Пимошенко, Г. А. Попов. — Л.: Судостроение, 1987. — С. 374. 2. Методы физико-химического контроля рабочих сред судового оборудования. РД 31.28.52-79. — М.: ЦРИА "Морфлот", 1980. — С. 3—6. 3. Ильин А. К., Иконников-Ципулин Е. С. Практикум по паровым котлам промысловых судов. — М.: Пищевая промышленность, 1978. — С. 114— 118.

13

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ И КОНДЕНСАТА Цель работы: Приобретение практических навыков по определению величин показателей качества питательной воды и конденсата при помощи судовой комплектной лаборатории типа СКЛАВ. Задание: Изучить устройство судовой комплектной экспресслаборатории типа СКЛАВ и методику выполнения анализов проб питательной воды и конденсата. Выполнить анализы представительных проб воды, определить показатели их качества, проанализировать полученные результаты, сделать вывод о качестве организации докотловой водоподготовки. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Питательная вода для судового котла должна содержать минимальное количество растворенных минеральных соединений и взвешенных частиц. Предельно допустимое количество присутствующих в воде примесей определяется типом котла, рабочим давлением пара, видом применяемого водного режима. Оно не должно превышать значений, рекомендуемых заводом-изготовителем. При отсутствии подобных данных необходимо руководствоваться "Нормами качества питательной воды и ее составляющих", установленными Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) паровых котлов на судах рыбопромыслового флота. Соблюдение требований "Норм качества…" обязательно для обслуживающего персонала котельной установки. Поддержание показателей качества питательной воды и конденсата на заданном уровне позволяет обеспечивать экономичную и надежную работу котла в пределах установленных ресурсов. Отклонение показателей качества воды от рекомендованных вызывает повышенное накипеобразование, сопровождается увеличением скорости коррозии, приводит к снижению КПД котла и уменьшению его надежности, вызывает снижение качества производимого пара. Величины показателей качества питательной воды и ее составляющих, регламентированные ПТЭ, приведены в табл. 2.1. Требования к качеству питательной воды и ее составляющих ужесточаются с ростом рабочего давления пара. Особое внимание должно уделяться поддержанию ее качества для водотрубных котлов, производящих пар повышенных параметров. 14

Таблица 2.1

Наименование воды Питательная вода

Показатель качества

Общая жесткость, не более Хлориды, не выше Нефтепродукты, не выше Кислород, не выше Содержание: – железа, не более – меди, не более Конденсат Хлориды, не более Дистиллят Общая жесткость, не более или умягченная Добавоч- Общая жесткость, не более ная (береговая, котельных танков)

Единица измерения

мг-экв/л мг/л мг/л мг/л мкг/л мкг/л

Типы котлов ГазоКомбини- Водотруброванные трубные ные и водо- среднего трубные давления низкого давления 0,5 0,3 0,02 50 15 2 3 3 Отсутс. — — 0,05 — — 100 — — 50

мг/л мг-экв/л

50 —

15 0,05

2 0,02

мг-экв/л

8

5

Не используется

2. ПЕРИОДИЧНОСТЬ И ОБЪЕМЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА Периодичность контроля качества питательной воды и ее составляющих устанавливается в соответствии с инструкцией по эксплуатации завода-изготовителя или ПТЭ котлов. Периодичность контроля зависит от рабочего давления пара, степени автоматизации, вида используемого водного режима внутрикотловой водообработки. Отбор проб для анализа производится из мест, рекомендованных инструкцией по ведению водного режима. Контроль качества питательной воды и конденсата должен производиться один раз в сутки. Солесодержание конденсата контролируется непрерывно при помощи солемера. В случае выхода его из строя анализ содержания хлоридов должен производиться ежевахтенно. Полученные в ходе выполнения анализов результаты необходимо сравнить со значениями, рекомендованными "Нормами качества…" и ранее полученными результатами, после чего занести их в судовой журнал водоконтроля. Располагая данными нескольких анализов, выполненных последовательно, можно выявить тенденции в изменении величин показателей качества, сделать вывод о причинах этого изменения и наметить меры по совершенствованию процесса докотловой водоподготовки. 15

Рекомендуемые ПТЭ объемы контроля качества питательной воды и ее составляющих указаны в табл. 2.2 [2, c. 55]. Наименование Контролируемый вида воды показатель Вода для котлов во всех цис- Содержание хлоридов тернах Дистиллат и химически об- Содержание хлоридов работанная вода Общая жесткость Конденсат Хлориды Нефтепродукты Питательная вода для котлов Общая жесткость низкого давления Содержание хлоридов Нефтепродукты

Таблица 2.2 Примечание Сопоставить с предыдущим Определять при приготовлении

Особое внимание в процессе ведения докотловой водообработки должно уделяться предупреждению попадания в котел нефтепродуктов и органических примесей (жиров). Они способствуют вскипанию воды и вызывают образование на поверхности нагрева трудноудалимой накипи с низкой теплопроводностью, приводящей к перегреву металла. Причинами подобного загрязнения питательной воды являются: – неплотность змеевиков подогревателей топлива, масла, технологического оборудования; – попадание нефтепродуктов в добавочную воду; – чрезмерная смазка механизмов; – низкая эффективность устройств, используемых для очистки питательной воды. 3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ Перед выполнением анализов проб питательной воды или конденсата необходимо внимательно ознакомиться с устройством экспресслаборатории типа СКЛАВ, изучить методику определения различных показателей качества. Непосредственно перед проведением анализов необходимо тщательно ополоснуть посуду той водой, анализ которой будет выполняться. 3.1. Определение общей жесткости Метод определения общей жесткости основан на реакции взаимодействия раствора трилона Б (двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты) с солями жесткости (кальция и магния), растворенными в воде. При добавлении в воду трилона Б в присутствии кислотного индикатора хром темно-синий, проба, содержащая соли жесткости, изменяет окраску. 16

Общая жесткость определяется в следующем порядке. 3.1.1. При помощи мерного цилиндра в пластиковую колбу отмеряют 100 мл воды, добавляют 5 мл аммиачного буферного раствора и вводят две-три капли индикатора хром темносиний. Проба становится розовой. 3.1.2. При интенсивном помешивании титруют пробу трилоном Б до перехода розовой окраски в синевато-сиреневую. 3.1.3. Общая жесткость, мг-экв/л, равна Жо = 1000ТН/Vп, где Т — расход раствора трилона Б на титрование, мл; Н — нормальность раствора трилона Б; Vп — объем пробы, мл. 3.1.4. Величину общей жесткости заносят в табл. 2.3 и судовой журнал водоконтроля. 3.2. Определение карбонатной жесткости 3.2.1. К 100 мл воды стеклянной лопаткой добавить щепотку сухого индикатора метилоранж (или несколько капель, если индикатор жидкий). Проба окрасится в соломенно-желтый цвет. 3.2.2. При помешивании колбы титровать пробу раствором серной кислоты до момента окончания перехода соломенно-желтой окраски в оранжевую. 3.2.3. Карбонатная жесткость воды, выраженная в мг-экв/л, равна количеству миллилитров раствора кислоты, пошедшей на титрование. 3.2.4. Результат опыта занести в табл. 2.3 и судовой журнал водоконтроля. 3.3. Определение некарбонатной жесткости Некарбонатная жесткость воды, выраженная в мг-экв/л, определяется как разность между значениями найденных выше общей и карбонатной жесткостей. Результат определения занести в табл. 2.3 и судовой журнал водоконтроля. 3.4. Определение содержания хлоридов в конденсате 3.4.1. К пробе конденсата объемом 100 мл добавить лопаткой несколько кристаллов индикатора хромовокислый калий. Проба приобретет желтый цвет. 3.4.2. При помешивании титровать пробу раствором азотнокислого серебра до изменения желтой окраски на буро-красную. 3.4.3. Содержание хлоридов в конденсате, мг/л, равно Сl = 3550Vс/Vп, где Vс — объем азотнокислого серебра, пошедшего на титрование пробы, мл; Vп — объем пробы, мл. 17

3.4.4. Результат анализа занести в табл. 2.3 и судовой журнал водоконтроля. 4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен содержать: — краткое описание методики выполнения анализов; — результаты анализов, представленные в форме табл. 2.3; Таблица 2.3 Показатели качества Вид воды

Общая жесткость, мг-экв/л

Карбонатная жесткость, мг-экл

Некарбонатная жесткость, мг-экв/л

Содержание хлоридов, мг/л

Проба 1 Проба 2

— выводы о качестве ведения докотловой водоподготовки и, при необходимости, рекомендации по ее совершенствованию. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Перечислите виды воды, используемые в судовых котельных установках, кратко охарактеризуйте их. 2. Перечислите основные показатели качества питательной воды и конденсата, дайте их характеристику. 3. Назовите периодичность и объемы контроля качества питательной воды и ее составляющих. 4. Поясните, чем вызвана "жесткость" воды. Укажите, какие существуют виды жесткости. 5. Поясните методику определения различных видов жесткости. 6. Охарактеризуйте примеси, содержащиеся в питательной воде и их влияние на работу котла. 7. Перечислите различные способы докотловой обработки питательной воды. В чем заключается их сущность? 8. Назовите причины увеличения содержания хлоридов в питательной воде и конденсате. ЛИТЕРАТУРА 1. Справочник судового механика по теплотехнике / И.Ф.Кошелев, А. П. Пимошенко, Г. А. Попов, В. Я. Тарасов. — Л.: Судостроение, 1987. — С. 367—374. 2. Правила технической эксплуатации паровых котлов на судах флота рыбной промышленности СССР. — Л.: Транспорт, 1980. — С. 24—27, 52. 3. Ильин А. К., Иконников-Ципулин Е. С. Практикум по паровым котлам промысловых судов. — М.: Пищевая промышленность, 1978. — С. 78— 80, 141—143.

18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА КОТЛОВОЙ ВОДЫ ПРИ ВЕДЕНИИ ФОСФАТНО-ЩЕЛОЧНОГО ВОДНОГО РЕЖИМА Цель работы: Закрепление навыков работы с судовой комплектной экспресс-лабораторией анализа воды СКЛАВ. Изучение методики определения основных показателей качества котловой воды у котлов низкого давления, работающих с использованием фосфатнощелочного водного режима. Задание: Определить величины показателей качества проб котловой воды, проанализировать полученные результаты и сделать выводы о качестве ведения водного режима и необходимости корректировки показателей качества. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Фосфатно-щелочной водный режим является одним из наиболее распространенных способов организации внутрикотловой водоподготовки для судовых котлов низкого давления (с рабочим давлением пара Рк не выше 2 МПа). Ведение этого водного режима обеспечивается при помощи добавки в котловую воду раздельно или в виде готовых смесей реагентов, содержащих фосфаты и щелочи. Кроме них вводятся другие соединения, выполняющие роль поглотителей кислорода, пассиваторов металла и модификаторов шлама. В качестве таких реагентов в настоящее время широкое применение получили: отечественный препарат ТХ; жидкие реагенты — щелочь Alkalinity Control, присадки Liquitreat и AB Treat норвежской фирмы Unitor; сухой препарат этой же фирмы — Hardness Control, универсальная присадка Combitreat и другие продукты. Номенклатура и величины показателей качества котловой воды, обеспечивающие безнакипной режим работы котла и отсутствие в нем существенных коррозионных разрушений, устанавливаются заводомизготовителем. При отсутствии подобных сведений в инструкции по эксплуатации, необходимо руководствоваться приведенными в Правилах технической эксплуатации паровых котлов на судах рыбопромыслового флота "Рекомендуемыми нормами качества котловой воды". Номенклатура и величины контролируемых показателей качества котловой воды для рассматриваемого вида водного режима, установленные указанными "Нормами…", приведены в табл. 3.1. 19

На судне должен быть организован систематический контроль за ведением водного режима котла. Результаты анализа проб котловой воды должны фиксироваться в судовом журнале водоконтроля и анализироваться. Во всех случаях нарушения водного режима состав котловой воды должен немедленно корректироваться. Оперативными методами регулирования качества котловой воды являются: изменение дозировки химических реагентов и количества продуваемой из котла воды. При исключительных обстоятельствах (чрезвычайно высокая остаточная жесткость или большое солесодержание котловой воды в результате грубого нарушения правил водоподготовки) должна производится частичная или полная смена воды в котле. Таблица 3.1 Показатель Единица Тип котла газотрубный водотрубный качества измерения Общее солесодержание, не мг/л 13000 3000 более Содержание хлоридов, не мг/л 8000 1200 более Щелочное число мг/л 150—200 Остаточная жесткость, не мг-экв/л 0,4 0,2 более При фосфатно-щелочном водном режиме с нитратной пассивацией Нитратное число мг/л 75—100 Примечание: Значение нитратного числа должно составлять 50 % фактического значения щелочного числа.

Регулирование качества котловой воды путем продувания и изменения дозировки реагентов рассмотрено в табл. 3.2. В качестве примера приводится водотрубный котел, имеющий следующие нормативные показатели качества котловой воды: содержание хлоридов Cl — 3000 мг/л; щелочное число Аz — 200 мг/л; остаточная жесткость Жост — 0,2 мг-экв/л. Выводы по результатам анаПоказатели лиза пробы воды качества котловой воды Cl = 2000; Az = 250; Низкое содержание хлоридов, Жост = 0,1 щелочное число нормальное, остаточная жесткость в норме Cl = 3000; Az = 320; Содержание хлоридов в норме, щелочное число повышенное

20

Таблица 3.2 Предпринимаемые действия

Уменьшить величину продувки Уменьшить дозировку вводимых в котловую воду реагентов

Выводы по результатам анаПоказатели лиза пробы воды качества котловой воды Cl = 4500; Az = 120; Повышенное содержание хлоЖост = 0,5 ридов, низкая щелочность, остаточная жесткость превышает установленную норму

Продолжение табл. 3.2 Предпринимаемые действия Увеличить продувание и количество вводимых реагентов

2. ПЕРИОДИЧНОСТЬ И ОБЪЕМЫ КОНТРОЛЯ Контроль показателей качества котловой воды осуществляет механик, в заведование которого находится котельная установка. В его обязанности входит: – своевременный контроль показателей качества в соответствии с рекомендациями табл. 3.3; – заполнение документации по водоконтролю; – поддержание экспресс-лаборатории в исправном состоянии и обеспечение ее реактивами. Периодичность контроля устанавливается инструкцией по эксплуатации котла, разработанной заводом-изготовителем. При отсутствии таких сведений в заводской инструкции, следует руководствоваться требованиями Правил технической эксплуатации судовых котлов или инструкцией по ведению водного режима, разработанной судовладельцем. Таблица 3.3 Контролируемые Примечание показатели число, Раз в 2—3 суток необходимо проКотловая вода при Щелочное ведении фосфатно- содержание хлори- верять величину остаточной жесткости. При использовании нитратщелочного водно- дов ной пассивации необходимо прого режима верять величину нитратного числа То же Котловая вода при Щелочное, фосфатведении фосфатно- ное и нитратное нитратного водно- числа, содержание хлоридов го режима Вид воды

В соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации судовых котлов, контроль показателей качества, указанных в табл. 3.3, должен производиться один раз в сутки. Относительная щелочность котловой воды Щотн (доля щелочей в общем солесодержании) при фосфатно-щелочном водном режиме должна быть не более 20 %, то есть величина общего солесодержания 21

не должна опускаться ниже (100/20·150)÷(100/20·200) = 750÷1000 мг/л. Так как определение общего солесодержания котловой воды в судовых условиях затруднено, то щелочно-солевой баланс поддерживают по величине содержания хлоридов. При общем cолесодержании морской воды 35100 мг/л содержание в ней хлор-иона составляет 19370 мг/л, то есть 55,2 %. С учетом этого содержание хлоридов в котловой воде не должно опускаться ниже (0,552·750)÷(0,552·1000) = 415÷550 мг/л, то есть отношение величины содержания хлоридов к значению щелочного числа должно составлять Cl/Az = (415/175)÷(550/200) = 2,36÷2,75. 3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Пробу котловой воды отбирают через специально предназначенный для этого кран. Перед отбором пробы сосуд-пробоотборник необходимо ополоснуть котловой водой. Перед заполнением пробоотборника кран и его трубопровод необходимо промыть, спустив через них воду. Пробу отбирают через охладитель, снижающий температуру котловой воды. Если охладитель неисправен или отсутствует, то результаты анализов необходимо умножить на поправочный коэффициент, учитывающий частичное испарение пробы, сопровождающееся ростом концентрации растворенных в котловой воде веществ. Величина поправочного коэффициента зависит от рабочего давления в котле, табл. 3.4. Рк, МПа Коэффициент

0,4 0,92

0,6 0,88

1,0 0,83

1,4 0,79

1,8 0,75

2,2 0,72

Таблица 3.4 2,6 0,7

Перед проведением анализа котловую воду осветляют при помощи активированного угля, для чего размельченный уголь массой 1 г помещают в коническую колбу, добавляют пробу воды, закрывают и взбалтывают в течение двух-трех минут. Профильтрованную воду подвергают анализу. 3.1. Определение щелочного числа Котловая вода должна иметь щелочную реакцию, позволяющую предотвратить развитие интенсивной электрохимической коррозии котельного металла. Кроме этого, щелочи способствуют протеканию реакций взаимодействия солей жесткости котловой воды и фосфатов, входящих с состав противонакипных препаратов.

22

Метод определения щелочного числа основан на нейтрализации пробы воды, содержащей щелочи, раствором кислоты. Определение производится в следующем порядке. 3.1.1. При помощи мерного цилиндра необходимо отмерить в пластиковую колбу 100 мл котловой воды, затем нужно добавить 2—3 капли фенолфталеина. Проба приобретет малиново-красный цвет. 3.1.2. При интенсивном помешивании добавить к пробе по каплям раствор серной кислоты до исчезновения окраски. Общая щелочность котловой воды Що, выраженная в мг-экв/л, равна количеству миллилитров раствора серной кислоты, пошедших на титрование пробы. 3.1.3. Щелочное число котловой воды, выраженное через содержание едкого натра NaОН, равно, мг/л Аz = 40S, где S — расход раствора серной кислоты на титрование пробы, мл. 3.1.4. Полученный результат необходимо сравнить с рекомендуемым, сделать соответствующие выводы, занести его в отчет (табл. 3.5) и судовой журнал водоконтроля. 3.2. Определение содержания хлоридов 3.2.1. Нейтрализовать пробу котловой воды, для чего отобрать в градуированную пробирку 10 мл котловой воды, перелить ее в колбу, добавить в колбу 40 мл конденсата и ввести 2—3 капли фенолфталеина. Проба приобретет малиново-красный цвет. При помешивании титровать пробу раствором серной кислоты до исчезновения окраски. 3.2.2. К обесцвеченной пробе добавить 5—7 капель (кристаллов) индикатора хромовокислый калий. Проба окрасится в желтый цвет. 3.2.3. При интенсивном помешивании титровать пробу раствором азотнокислого серебра до появления устойчивой буро-красной окраски. Содержание хлоридов в котловой воде равно, мг/л Cl = 355Vc, где Vc — объем раствора азотнокислого серебра, пошедшего на титрование пробы, мл. 3.2.4. Полученный результат сравнить с рекомендуемым, сделать вывод, занести его в отчет (табл. 3.5) и судовой журнал водоконтроля. 3.3. Определение остаточной жесткости По величине остаточной жесткости Жост можно сделать вывод о том, как происходит осаждение накипеобразователей в котловой воде. Определение остаточной жесткости производят в последовательности, изложенной в п. 3.1. предыдущей лабораторной работы. 4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

23

Отчет составляется на основании выполненной работы. Он должен включать: – краткое описание методики проведения анализов; – результаты анализов в виде табл. 3.5; Щелочное число Аz, мг/л

Содержание хлоридов Cl, мг/л

Таблица 3.5 Отношение Отстаточная Сl/Аz жесткость Жост, мг-экв/л

Проба 1 Проба 2

–

выводы о качестве ведения водного режима и, при необходимости, рекомендации по его совершенствованию. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Сформулируйте задачи водного режима, назовите виды водных режимов, используемых для судовых котлов низкого давления. 2. Укажите препараты, используемые для обработки котловой воды, поясните механизм их действия. 3. Приведите нормы качества котловой воды для фосфатно-щелочного водного режима. Поясните, почему для газотрубных котлов нормы качества менее жесткие, чем для водотрубных? 4. Назовите объем и периодичность контроля показателей качества питательной и котловой воды судовой котельной установки. В какой судовой документ заносят эти показатели? 5. Как регулируют величины показателей качества котловой воды? 6. Какое соотношение должно поддерживаться между содержанием хлоридов и щелочным числом и почему? 7. Перечислите причины, по которым может происходить вскипание воды в котле. Чем опасно вскипание воды? Назовите меры по предотвращению этого явления. 8. Поясните понятие "общая щелочность котловой воды". В каких единицах она измеряется? Каково соотношение между общей щелочностью и щелочным числом? Какие различают виды щелочности? 9. Назовите источники хлоридов, фосфатов, нитратов и щелочей в котловой воде. ЛИТЕРАТУРА 1. Правила технической эксплуатации паровых котлов на судах флота рыбной промышленности СССР. — Л.: Транспорт, 1980. — 64 с. 2. Справочник судового механика по теплотехнике / И. Ф. Кошелев, А. П. Пимошенко, Г. А. Попов, В. Я. Тарасов. — Л.: Судостроение, 1987. — С. 367—374.

24

3. Ильин А. К., Иконников-Ципулин Е. С. Практикум по паровым котлам промысловых судов. — М.: Пищевая промышленность, 1978. — С. 78— 80, 141—143. 4. Описание и инструкция по эксплуатации судовой комплектной лаборатории типа СКЛАВ.

25

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 АНАЛИЗ КОТЛОВОЙ ВОДЫ ПРИ ПОМОЩИ ЭКСПРЕССЛАБОРАТОРИИ ФИРМЫ UNITOR Цель работы: Приобретение навыков работы с экспресслабораторией типа Spektrapak 310 по определению показателей качества котловой воды при ведении фосфатно-щелочного водного режима. Задание: Перевести с английского языка инструкцию фирмыизготовителя по использованию лаборатории. Составить инструкцию по выполнению анализов котловой воды для обслуживающего персонала на русском языке. Выполнить анализ проб котловой воды и сделать заключение о правильности ведения водного режима. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЭКСПРЕСС-ЛАБОРАТОРИИ SPEKTRAPAK 310 Экспресс-лаборатория Spektrapak 310 выпускается норвежской фирмой Unitor. Она предназначена для определения показателей качества котловой воды котлов низкого и среднего давления, работающих с использованием фосфатно-щелочного водного режима. Лаборатория скомпонована в виде пластикового чемоданчика с откидной крышкой. В комплект экспресс-лаборатории входят: – емкость для отбора проб с притертой крышкой; – лопатка для размешивания пробы воды; – упаковки с таблетками, используемыми для определения содержания хлоридов; – упаковки с таблетками, используемыми для определения величины фосфатной щелочности. Инструкция по использованию экспресс-лаборатории прикреплена на оборотной стороне пластикового чемоданчика и на его откидной крышке. Содержание инструкции приведено ниже. 2. UNITOR CHEMICALS SPEKTRAPAK 310 BOILER WATER TREATMENT TEST KIT P. Alkalinity & Chloride SAMPLING

26

A representative water sample is required. Always take water sample from the same place. Allow water to flow from the sample cook before taking the sample for testing, to ensure the line is clear of sediment. TESTING P. ALKALINITY TEST 1. Take a 200 ml water sample in the stoppered bottle provided. 2. Add one P.Alkalinity tablet and shake to desintegrate. If P. Alkalinity is present the sample will turn blue. 3. Repeat tablet addition until the blue colour changes to permanent yellow. CALCULATION P. Alkalinity ppm (CaCO3) = (Number of tablets used·20) – 10. For example: If 8 tablets are used then P. Alkalinity = (8·20) – 10 =150 ppm. 4. Mark the result obtained on the log sheet provided, against the date on which the test was taken. CHLORIDE TEST 1. For boiler under 30 bar take a 50 ml sample in the stoppered bottle provided. 2. Add one chloride tablet and shake to desintegrate, sample should turn yellow if chlorides are present. 3. Repeat tablet addition until the yellow colour changes to orange/brown. N. B. For higher expected chloride levels, reduce the water sample size e. g. 25 ml will give steps of 40 ppm per tablet used. For lower expected chloride levels, increase the water sample size e. g. 100 ml sample will give steps of 10 ppm per tablet used. CALCULATION (50 ml Sample) Chloride ppm = (number of tablets used·20) – 20. For example: If 4 tablets are used then chloride ppm = (4·20) – 20 = 60 ppm. 4. Mark the result obtained on the log sheet provided, against the date on which the test was taken. SAFETY Reagents are for chemical testing only. Not to taken internally. Keep away from children. Wash hands after use. TREATING THE SYSTEM Treatment is added to the system in the normal way, as per product data sheet instructions. Normal ranges P. Alkalinity 100—300 ppm. Chlorides 200 ppm maximum. 27

COMBITREAT initial dosage: 300 grammes/tonne of water. 100 grammes/tonne of water will raise the P. Alkalinity by 50 ppm. LIQUITREAT initial dosages: 2,0 litre/tonne of water. 0,8 litres/tonne of water will raise the Alkalinity by 50 ppm. 3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет составляется по результатам выполнения работы. В него необходимо включить: — инструкцию по использованию экспресс-лаборатории на русском языке, составленную с использованием отечественной терминологии в области эксплуатации судовых котельных установок. Она должна быть написана литературным языком с соблюдением языковых правил и норм. При переводе с английского необходимо использовать англо-русский технический словарь. Расшифровка некоторых терминов и условных обозначений приведена в п. 4; — результаты анализов в виде табл. 4.1; Фосфатная щелочность, мг/л

Таблица 4.1 Содержание хлоридов, мг/л

Проба 1 Проба 2

— полученные результаты необходимо сравнить с рекомендациями фирмы Unitor и требованиями Правил технической эксплуатации паровых котлов на судах флота рыбной промышленности. Сделать выводы о необходимости корректировки водного режима котла для обоих случаев. При необходимости подобной корректировки указать способы изменения величины показателей качества котловой воды. 4. СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ИСПОЛЬЗОВАННЫХ В ТЕКСТЕ ИНСТРУКЦИИ Combitreat — название сухого препарата фирмы Unitor, используемого для внутрикотловой водообработки; e. g. — exempli gratia (лат.) — например; Liquitreat — название жидкого препарата фирмы Unitor, используемого для внутрикотловой водообработки; log sheet — лист вахтенного журнала; P. Alkalinity — фосфатная щелочность в пересчете на содержание в котловой воде СаСО3; ppm — сокр. от part per million — частей на миллион.

28

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Чем опасна чрезмерная щелочность котловой воды? Какие причины способствуют росту локальной концентрации щелочей в котловой воде? 2. Сформулируйте понятие "относительная щелочность котловой воды" Щотн. Какого значения не должна превышать величина Щотн и почему? 3. Укажите источники чрезмерного засоления котловой воды. Чем оно опасно для котла? 4. Назовите способы регулирования содержания хлоридов и щелочей в котловой воде. 5. Укажите, каково соотношение между единицами измерения концентраций химических растворов ppm и мг/л? 6. Назовите способы, которыми может быть выражена щелочность котловой воды.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 ОБРАБОТКА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ МЕТОДОМ ИОННОГО ОБМЕНА Цель работы: изучение особенностей докотловой обработки питательной воды методом Na-катионирования. Задание: определить характер изменения показателей питательной воды после ее обработки в модели ионообменного фильтра. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Обработка воды методом ионного обмена заключается в пропускании ее через слой специального материала (ионита), способного изменять ионный состав воды. Процесс ионного обмена не является фильтрацией в привычном понимании этого слова. При прохождении воды через ионообменный фильтр происходит обмен положительно или отрицательно заряженных ионов воды на ионы с одноименным зарядом, переходящих в воду с поверхности ионита. Положительно заряженные ионы удаляются из воды при помощи катионита, отрицательно — при помощи анионита. Ионит состоит из твердой основы (матрицы) и нанесенных на нее функциональных групп, придающих иониту свойства к обмену ионов. Фильтруемая вода при прохождении через слой ионообменного мате29

риала последовательно контактирует с его новыми слоями. Наиболее интенсивное поглощение ионов наблюдается в верхних слоях фильтра. По мере истощения ионита зона поглощения смещается вниз. По высоте фильтрующего слоя выделяются три характерных участка: отработавший, работающий и еще не работавший, рис. 5.1. На границе между двумя участками концентрация ионов равна исходной, на границе второго и третьего — их концентрация равна нулю. Таким образом, концентрация обмениваемых ионов по высоте второго участка непрерывно падает. После того, как зона нулевой концентрации достигает нижней границы слоя ионита, наблюдается явление "проскока". В этот момент начинается поступление ионов в фильтрат, поэтому фильтр должен быть выведен на регенерацию. Удаление из воды ионов может быть осуществлено следующим способом: катионированием, то есть удалением положительно заряженных ионов (катионов) путем фильтрации воды через катионит, находящийся в водородной Н+ или натриевой Nа+ форме или анионированием, то есть удалением отрицательных ионов (анионов) путем фильтрации воды через анионит, находящийся в ОН–, НСО3–, Cl– форме. В зависимости от вида обменного иона, процессы обработки воды называются "Н-катионирование", "Nа-катионирование", "ОНанионирование" и т. д.

Рис. 5.1. Изменение жесткости воды в процессе ионного обмена

Наиболее часто в судовых условиях используется Nакатионирование, в процессе которого вода фильтруется через слой ионита, находящегося в исходном состоянии в Nа-форме. При этом протекают следующие реакции 2NаR + Ca2+ ↔ CaR2 + 2Nа+; 2NаR + Mg2+ ↔ MgR2 + 2Na+. где R — матрица и функциональная группа без обменного иона.

30

Из указанных выше реакций следует, что анионный состав воды и суммарная концентрация катионов при Na-катионировании не изменяется. Массовая концентрация катионов увеличивается, так как эквивалентная масса иона натрия больше эквивалентных масс кальция и магния. Солесодержание воды после Na-катионитового фильтра выше, чем исходной. Так как анионный состав воды остается неизменным, ее щелочность так же остается постоянной. Анионирование воды производится путем ее фильтрования через слой анионита. Процесс анионирования самостоятельно не используется, он производится совместно с катионированием. Их совокупность, осуществляемая в последовательно соединенных фильтрах, называется обессоливанием. В процессе анионирования протекают следующие реакции: R2ОН + SO42– ↔ R2SO4 + 2OH–. ROH + Cl– ↔ RСl + OH–; Как видно из рассмотренных выше реакций, фильтрат насыщается ионами OH– и его щелочность возрастает. Сложность оборудования и необходимость наличия запасов кислоты, используемой для регенерации Н-катионитовых фильтров, являются основной причиной того, что подобный метод не находит применения в судовых условиях. Еще одним видом ионита являются электронообменники. В них одновременно протекают как ионообменные, так и окислительные процессы, приводящие к снижению содержания в воде кислорода. Применение электронообменников также способствует удалению из воды ионов железа. В настоящее время основное применение находят синтетические высокомолекулярные ионообменные материалы органического происхождения, полученные на основе искусственных смол. Реже используется сульфоуголь, полученный в результате специальной химической обработки. Способность ионитов к ионному обмену характеризуется обменной емкостью. Обменная емкость определяет количество ионов, поглощенных единицей массы или объема ионита, и выражается в размерности [г-экв/кг] или [г-экв/м3]. Принято различать полную обменную емкость, емкость "до проскока" и рабочую обменную емкость. Полная обменная емкость представляет собой количество поглощенных ионов к моменту выравнивания их концентраций в исходной воде и фильтрате. Обменная емкость "до проскока" равна количеству поглощенных ионов до момента достижения их концентрации в фильтрате, равной заданному пределу. Обменная емкость равна частному от деления площади a-b-c-d-a (рис. 5.1), выраженной в г-экв, на количество загружаемого в фильтр катионита. 31

Обменная емкость до "проскока" составляет, г-экв/м3 Ео = Qо(Жо – Жост)/V, где Qо — количество воды, пропускаемое через фильтр до момента "проскока", м3; Жо — общая жесткость обрабатываемой воды, мг-экв/л; Жост — остаточная жесткость фильтрата, мг-экв/л; V — насыпной объем катионита, м3. Полная обменная емкость катионита, г-экв/м3, представляет собой частное от деления площади a-b-c-e-d-a, выраженной в г-экв, на количество катионита, загруженного в фильтр Ео = QоЖо/V, где Qо — количество воды, прошедшее через фильтр от начала его работы до момента полного истощения катионита, м3. 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ВОДЫ Удельная электропроводность воды пропорциональна ее солесодержанию. Она может быть найдена электрометрическим методом без использования химических реактивов. Для этой цели может быть использован электронный кондуктометр типа ЭКА-1. Электропроводность растворов измеряется контактным методом. Она зависит от подвижности ионов, степени диссоциации различных соединений, присутствующих в воде, а также от температуры. Электропроводность выражается в сименсах (См). Она обратна величине удельного электрического сопротивления. Удельное электрическое сопротивление электролита, Ом·см, равно

ρ = rS/l, ρ — электрическое сопротивление объема электролита с конгде центрацией С, Ом; S — площадь сечения электродов, см2; l — расстояние между электродами, см. Удельная электропроводность χ = 1/ρ измеряется в обратных омах (1/Ом) или (См/см). Для котлов низкого давления зависимость электрической проводимости питательной и котловой воды от концентрации растворенных в них веществ близка к линейной. Электропроводимость электролита зависит от его температуры. При изменении температуры раствора на 1 оС его электропроводимость изменяется примерно на 1,5 %. Современные автоматические электронные кондуктометры оборудованы устройствами для темпера32

турной компенсации и приведения результатов измерения к стандартной температуре +25 оС. Шкалы этих приборов градуируются в См/см (мкСм/см) или мг/л NaCl. Соотношение между этими единицами измерения составляет: 1 мкСм/см = 0,5 мг/л NaCl. 3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ЭЛЕКТРОННОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНДУКТОМЕТРА ТИПА ЭКА-1 Электронный цифровой кондуктометр ЭКА-1 предназначен для измерения и цифровой индикации температуры воды и удельной электропроводности питательной (котловой) воды и конденсата. Измерение удельной электропроводности воды производится контактным методом на переменном микротоке с частотой 1 кГц. Кондуктометр состоит из кондуктометрической ячейки, блока преобразования и индикации, источника питания. Кондуктометрическая ячейка может быть проточной (для измерения удельной электропроводности в диапазоне 0,05—10 мкСм/см), или проточно-заполняемой (для измерения удельной электропроводности в диапазоне 10—1000 мкСм/см). Рабочее положение ячеек — вертикальное, входным штуцером наверх. Исследуемая вода подводится к ячейке при помощи резиновых или хлорвиниловых шлангов. Расход воды через ячейку не должен превышать 20 л/ч. Основные технические характеристики прибора: — поддиапазон измерения удельной электропроводности, мкСм/см (мг/л NaCl): 0—1 (0—0,5); 1—10 (0,5—5,0); 10—100 (5,0—50); 100— 1000 (50—500); 1000—10000 (500—5000); — индикация: 3,5 разряда; — основная приведенная погрешность измерения удельной электропроводности: не более 4 %; — диапазон измерения температуры +5 ÷ +65 оС; — основная абсолютная погрешность измерения температуры: 1 оС. Измерение температуры пробы производится путем нажатия на кнопку "Темп. оС". При этом на дисплее отображается значение измеряемой температуры. Так, если температура пробы составляет 22 оС, то на дисплее будет индицироваться "С22". Измерение удельной электропроводности. При работе с сетевым блоком питания прибор непрерывно индицирует текущее значение удельной электропроводности пробы. Дисплей в этот момент может показывать: — удельную электропроводность, мкСм/см, например: 0.83 или 83; 33

— число 023, в случае автоматического выбора предела измерения. Устойчивая (более 10 секунд) индикация прибором числа 023 указывает на его перегрузку. В этом случае необходимо либо применить проточно-заполняемую кондуктометрическую ячейку вместо проточной, либо разбавить пробу дистиллированной водой. Если удельная электропроводность пробы колеблется вблизи верней границы соответствующего предела измерения (1 или 100 мкСм/см), то при первом же превышении измеряемой величиной этой границы, прибор переключится на более грубый предел измерений. При последующем снижении удельной электропроводности автоматический переход на более чувствительный предел измерений невозможен. Для переключения прибор необходимо кратковременно отключить от сети. 4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Схема лабораторной установки для Nа-катионирования показана на рис. 5.2. В качестве ионообменного материала в ней используется сульфоуголь. Обрабатываемая вода из сосуда 1 проходит через слой ионообменного материала 3 в сборник 5. Гидравлический затвор 7 предотвращает высыхание ионита. Скорость подачи воды регулируется зажимом на подводящем шланге.

Рис. 5.2. Схема экспериментальной установки

Порядок выполнения работы следующий. 4.1. При помощи экспресс-лаборатории и электронного кондуктометра определяют общую жесткость Жо и солесодержание исходной воды S1, заносят их в табл. 5.1. 34

4.2. Дважды пропускают исходную воду через ионообменный фильтр, затем определяют остаточную жесткость Жост и солесодержание S2. Для получения достоверных результатов следует провести серию испытаний (2—3 раза), а полученные результаты осреднить и занести в табл. 5.1. 5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен содержать: — схему экспериментальной установки, описание опыта; — результаты испытания проб воды в форме табл. 5.1; Номер испытания

Таблица 5.1 Показатели качества воды Исходная вода Вода, прошедшая фильтр СолесодерОбщая жестСолесоОбщая жестжание S1, кость Жо, мгдержание кость Жо, мгS1, мг/л экв/л мг/л экв/л

— выводы об эффективности докотловой обработки. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Поясните, в чем заключается сущность обработки воды при помощи реакций ионного обмена? Какие реакции протекают в ионообменном материале? 2. Поясните значение термина "обменная емкость ионообменного фильтра". Как она определяется? 3. Как и зачем производится регенерация ионообменного фильтра. Какие реакции при этом протекают в ионите? Укажите основные операции, которые проводятся в процессе регенерации. 4. Как определяется момент истощения ионообменного материала? 5. Укажите, какие существуют виды ионообменных материалов. Назовите их важнейшие характеристики, сформулируйте требования к этим материалам. 6. Как изменяются величины показателей качества воды, прошедшей через ионообменный фильтр и почему? ЛИТЕРАТУРА 1. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: Справочник / Ю. М. Кострикин, Н. А. Мещерский, О. В. Коровина. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — С. 21—29. 2. Водоподготовка: процессы и аппараты / А. А. Громогласов, А. С. Копылов, А. П. Пильщиков: Под ред. О. И. Мартыновой. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — С. 83—86.

35

3. Хряпченков А. С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. — Л.: Судостроение, 1988. — С. 147—150. 4. Справочник судового механика по теплотехнике / И. Ф. Кошелев, А. П. Пимошенко, Г. А. Попов, В. Я. Тарасов. — Л.: Судостроение, 1987. — С. 129—132.

36

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Вязкость топлива в различных единицах при постоянной температуре ν, сСт 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5

о

Вязкость ВУ RI

1,0 1,06 1,12 1,17 1,22 1,26 1,30 1,35 1,40 1,44 1,48 1,52 1,56 1,60

28,5 30,0 31,0 32,0 33,0 34,5 35,5 37,0 38,0 39,5 41,0 42,0 43,5 45,0

SSU

ν,

— — — 34,4 36,0 37,6 39,1 40,7 42,3 43,9 45,5 47,1 48,7 50,3

сСт 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0

о

Вязкость ВУ RI

1,65 1,70 1,75 1,79 1,83 1,88 1,93 2,04 2,12 22,2 2,32 2,43 2,55 2,65

46,0 47,5 49,0 50,5 52,0 53,3 55,0 58,0 61,0 64,5 68,0 71,5 75,0 78,5

SSU

ν,

52,0 53,7 55,4 57,1 58,8 60,6 62,3 66,0 69,6 73,3 77,2 81,1 85,1 89,2

сСт 19,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0 32,0 35,0 40,0 45,0 50,0 56,0 60,0

о

Вязкость ВУ RI

2,75 2,90 3,10 3,35 3,60 3,85 4,10 4,35 4,70 5,35 6,00 6,50 7,40 7,90

82,0 86,0 93,0 101 109 117 125 133 144 164 185 205 229 245

SSU 93,3 97,5 106,0 114,6 123,3 132,1 140,9 149,7 163,2 185,7 208,4 231,4 259,0 277,4

Примечание. При более высоких значениях кинематической вязкости перевод вязкости из одних единиц в другие производят по формулам: о ВУ = 0,132ν; RI = 4,05ν; SSU = 4,62ν; ν = 0,247cRI; оВУ = 0,0326RI; SSU = 1,14RI.

35

СОДЕРЖАНИЕ Техника безопасности при выполнении лабораторных работ Лабораторная работа 1. Определение показателей качества котельного топлива Лабораторная работа 2. Контроль качества питательной воды и конденсата Лабораторная работа 3. Определение показателей качества котловой воды при ведении фосфатно-щелочного водного режима Лабораторная работа 4. Анализ котловой при помощи экспресслаборатории фирмы Unitor Лабораторная работа 5. Обработка питательной воды методом ионного обмена Приложение. Вязкость топлива в различных единицах при постоянной температуре

36

3 4 14 19 25 28 35