TITVM_Texty_2[1]

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	5	10	23	30	50	70	90
рН	7,37	7,26	7,00	6,89	6,63	6,34	6,19
t°C	100	128	156	200	250	312	370
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  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
2	9,8	9,6	7,9	7,7
3	10,0	9,8	7,95	7,75
5	10,3	10,0	8,0	7,8
10	10,5	10,3	8,25	8,0
20	10,8	10,6	8,65	8,2
30	11,0	10,8	8,9	8,4
50	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.

КАТИОНИРОВАНИЕ И ДЕАЭРАЦИЯ

Одним из методов умягчения, т.е. снижения жёсткости воды, является катионирование. Сущность его заключается в замене накипеобразующих ионов Са²⁺ и Мg²⁺ ионами Nа⁺ и Н⁺ при фильтрации жёсткой воды через специальные материалы, склонные к такого рода ионному обмену. Если условно обозначить формулу натрий-катионита как NaR, то при натрий-катионировании протекают следующие реакции:

2NaR + Са²⁺  СаR₂ + 2Na⁺.

Аналогичные реакции протекают при заменах в этой формуле натрия на водород, а кальция – на магний.

В котёл поступают растворимые соли натрия либо кислотные соединения водорода, а ионы кальция и магния остаются в катионите. Общее солесодержание при катионировании не изменяется. Жёсткость воды после прохода через катионит весьма мала и не превышает 0,02 – 0,03 моль/м³. При истощении катионит станет пропускать жёсткую воду.

Загрязнённость воды грубодисперсными органическими и коллоидальными взвесями засоряет катионит, поэтому такую воду надо предварительно очистить в обычных фильтрах.

После истощения фильтра, т.е. при жёсткости умягчённой воды более 0,03 моль/м³ катионит подвергают регенерации, пропуская через него 5 – 10-процентный раствор поваренной соли для Nа-катионита либо 2-процентный Н₂SО₄ – для Н-катионита. В результате регенерации ионы кальция и магния вновь заменяются катионами натрия или водорода.

При Nа-катионировании жёсткость воды замещается щёлочностью в эквивалентных соотношениях, т.е. в котёл вместо солей СаСО₃, Са(НСО₃)₂ поступают Nа₂СО₃, NаНСО₃ и т.д. Последние подвергаются гидролизу с образованием NаОН. Поэтому Nа-катионирование не требует введения в котёл дополнительного количества щёлочи. Наоборот, при большой карбонатной жёсткости добавочной воды в котловой воде будет избыток щёлочи, который можно удалить продувкой, однако это связано с потерями тепла и воды. Для уменьшения щёлочности питательной, а следовательно, и котловой воды применяется совместное Н-Nа-катионирование. При этом щёлочность умягчённой воды можно регулировать в широких пределах, изменяя количество воды, проходящей через Nа- и Н-катионитовые фильтры, которые могут быть включены по параллельной и последовательной схемам.

Деаэрация питательной воды представляет собой средство удаления из неё кислорода. В основном применяется термическая деаэрация, основанная на снижении растворимости кислорода в воде при повышении температуры. В кипящей воде растворимость кислорода нулевая. На морских судах обычно применяются безвакуумные деаэраторы (в отличие от вакуумных, работающих при давлениях ниже атмосферного, т.е. при температурах кипения ниже 100°С), работающие при давлениях 0,11 – 0,2 Мпа. Они одновременно служат и водоподогревателями.

ВОДА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ И ДЛЯ

СМАЗКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ ДЕЙДВУДНЫХ УСТРОЙСТВ

1. Пресная вода.

Она применяется в основном для охлаждения механизмов, в частности, двигателей внутреннего сгорания при наличии двухконтурных систем охлаждения. В силу того, что температуры такой воды относительно невысоки, требования к её качеству менее жёстки, чем к воде для паровых котлов. Тем не менее, вопросы коррозионной агрессивности и накипеобразования и здесь весьма актуальны. Для улучшения качества такой воды в неё добавляются присадки, которые бывают двух видов: химические препараты и антикоррозионные масла.

Химические препараты, введённые в охлаждающую воду, способствуют образованию на поверхности деталей прочных и относительно хорошо проводящих тепло плёнок, защищающих металл от коррозии, а также переводу в шлам накипеобразователей.

Из химических присадок используют препараты (в скобках указано их процентное содержание): ВНИИ НП-117 (0,5), ИНК-8 (0,25), бихромат натрия или калия (0,1), кальцинированную соду (0,1).

Антикоррозионные масла образуют стойкую эмульсию, из которой на поверхностях деталей отлагается тонкая плёнка, предотвращающая коррозию и препятствующая образованию отложений накипи, но не препятствующая нормальной теплопередаче. Часто используется масло « Шелл Дромус Ойл В», которое при первоначальной зарядке вводят в количестве 1%, а во время эксплуатации – 0,5%.

Перед применением присадок охлаждаемые полости должны быть тщательно очищены от накипи, продуктов коррозии, масла и других загрязнений. При использовании химических присадок в систему охлаждения заливают воду с минимальными жёсткостью и солесодержанием.

Наиболее стойкая масляная эмульсия получается при жёсткости воды в пределах 8 – 29 мг СаСО₃ на 1 кг воды. Слишком мягкая вода склонна к вспениванию.

2. Забортная вода.

Важным требованием к качеству забортной воды, используемой в системах охлаждения механизмов и смазки дейдвудных устройств (особенно открытого и полузакрытого типов) является минимальные количество и размеры механических загрязнений, вызывающих абразивный износ полостей охлаждения механизмов, деталей охлаждающих насосов, теплообменников, трубопроводов систем, деталей валопроводов и дейдвудных устройств. Подшипники последних при использовании водяной системы для смазки и охлаждения выполняются обычно из синтетических материалов, подверженных интенсивному абразивному износу и имеющих плохие характеристики теплоотвода и термостойкости. Поэтому чрезвычайно важно, особенно для дейдвудных устройств, тщательная фильтрация забортной воды. Для дейдвудных подшипников предпочтительно применять автономную систему с повышенной очищающей способностью.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ЖИДКОСТИ

ДЛЯ ДЕЙДВУДНЫХ УСТРОЙСТВ

Особенностью требований, предъявляемых к жидкостям, используемым для смазки и охлаждения дейдвудных устройств, является их безопасность для окружающей среды. Одним из направлений работ по уменьшению загрязнения моря от протечек через кормовые дейдвудные устройства является разработка смазочных веществ, не загрязняющих воду.

Акционерным обществом ЦНИИМФ для дейдвудных устройств закрытого типа предложена экологически безопасная смазочная жидкость «Акванол-99». Это водный раствор ряда химических соединений с противоизносными, антикоррозийными и антипенными присадками. Жидкость инертна к конструкционным и уплотнительным материалам, способствует повышению контактной выносливости стальных изделий, обладает моющими свойствами, не выделяет и не образует токсичных соединений. Основные свойства «Акванола-99» следующие.

Внешний вид ------------------------------------- однородная жидкость

тёмно-голубого цвета

Вязкость кинематическая при 40°С ---------- 200 – 400 сСт

Температура застывания ----------------------- минус 12°С

Плотность при 20°С ----------------------------- 1056 – 1170 кг/м³

Доля механических примесей по массе ----- не более 0,005%

Доля воды по массе ----------------------------- 51 – 53%.

В случае протечек через дейдвудные уплотнения «Акванол» не наносит вреда окружающей среде и растворяется в воде без остатка. При смешивании с минеральными маслами до 30% и обводнении морской водой до 10% он не снижает своих смазочных свойств.

«Акванол» предназначен для системы смазки дейдвудных устройств с различными материалами вкладышей и любых типов уплотнений, а также для смазки опорных и упорных подшипников валопроводов любых судов.

Американской фирмой MOBIL ведутся работы по созданию масел на органической основе, например, “Mobil EAL200H Sesiss”, и смазочных жидкостей на синтетической основе, например, “Mobil EAL Syndraulic 46”, быстро разлагающихся в морской воде. Срок распада в морской воде новых смазочных веществ составляет около двух недель, что значительно меньше срока распада традиционных масел.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Королев Н.И. Использование топлив и масел на судах.- М.: Транспорт,

1970.-135с.

2. Использование тяжелых топлив в судовых ДВС (обзор современных

проблем ). Материалы теплотехнической лаборатории ЧМП.- БНТИ

ЧМП, 1992.- 46с.

3. Руководство по контролю качества судовых масел. Материалы ТТЛ

ЧМП.- БНТИ ЧМП, 1989. – 13с.

4. Инструкция по анализу нефтепродуктов с помощью ЭЛАН. Материалы

ЧМП, 1992.- 4с.

5. Под общей редакцией Грицая Л.Л. Справочник судового механика.-

М.: Транспорт, 1965.- 831с.

6. Матвеевский Р.М. и др. Смазочные материалы: антифрикционные и

противоизносные свойства. / Справочник.- М: Машиностроение, 1989.-

224с.

7. Большаков В.Ф., Гинзбург Л.Г. Подготовка топлив и масел в судовых

дизельных установках.- Л.: Судостроение, 1978.- 151с.

8. Большаков В.Ф., Гинзбург Л.Г. Применение топлив и масел в судовых

дизелях.- М.: Транспорт, 1976.-213с.

9. Енин В. И. Судовые паровые котлы. М.: Транспорт,1984.-248 с.

10. Методы физико-химического контроля рабочих сред судового

оборудования. РД 31.28.52-79.- М.: ЦРИА "Морфлот", 1980.-107 с.

11. Федоренко В. М. Эксплуатация судовых котельных установок. М.:

Транспорт, 1991.-271 с.

12. Маслов В.В. Совершенствование эксплуатации систем судовых

дизелей. М.: Транспорт, 1984.- 256 с.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Современные проблемы энергоресурсов ----------------------------- 3

2. Получение топлив и масел ----------------------------------------------- 4

3. Элементный и фракционный состав топлив -------------------------- 5

4. Физико-химические показатели топлив ------------------------------- 7

5. Влияние физико-химических показателей топлив

на работу двигателей ------------------------------------------------------ 12

6. Стабильность и совместимость тяжёлых топлив ------------------- 15

7. Задача о смешивании топлив ------------------------------------------- 17

8. Системы смешивания ---------------------------------------------------- 19

9. Классификация топлив по вязкости ---------------------------------- 20

10. Подготовка топлива к использованию на судне ------------------ 20

11. Маркировка и обозначение топлив ---------------------------------- 23

12. Маркировка топлив в местах бункеровки -------------------------- 25

13. Информация о качестве топлива

в основных портах бункеровки --------------------------------------- 26

14. Стоимость топлив ------------------------------------------------------- 26

15. Масла ----------------------------------------------------------------------- 26

16. Физико-химические показатели масел ------------------------------ 27

17. Влияние физико-химических показателей

масел на работу механизмов ------------------------------------------- 29

18. Присадки к маслам ------------------------------------------------------- 30

19. Соображения по выбору масел для двигателей -------------------- 33

20. Классификация и обозначение масел -------------------------------- 34

21. Браковочные показатели масел --------------------------------------- 36

22. Приём и хранение топлив и масел ------------------------------------ 39

23. Вода на судне и её технология ----------------------------------------- 41

24. Катионирование и деаэрация ------------------------------------------- 47

25. Вода для охлаждения механизмов и для

смазки и охлаждения дейдвудных устройств --------------------- 48

26. Перспективные жидкости для дейдвудных устройств ------------ 49

27. Рекомендуемая литература --------------------------------------------- 50