Изменение массы отложившейся на стенке примеси во времени

Рассмотрим процессы на границе водный раствор-стенка трубы

(рис. 1.6). На поверхность стенки за счет кристаллизации вещества по­ступает примеси за счет адсорбции . Часть продуктов коррозии остается на поверхности стенки. Так как наружный слой отложений, как правило, рыхлый, неустойчивый, то часть отложений смывается и уносится потоком теплоносителя. В результате этих (и некоторых других) процессов на поверхности стенки образуется слой отложений мг/м². Так как в общем случае адсорбция мала, то в можно ей пренебречь.

Рис.1.6. Схема потоков примеси в системе «слой отложений – водный теплоноситель».

Изменение массы отложившейся на стенке примеси во времени, в общем случае, определяется соотношением количества поступившей примеси и уносом (смывом) примеси со стенки. Количество поступившей примеси за время , с, на единицу поверхности стенки мг/м², за счет ее кристаллизации равно

(1.10)

Смыв отложений мг/м² за время dt пропорционален величине от­ложений , мг/м², и касательному напряжению на границе слоя отложений

(1.11)

Местное уменьшение величины отложений может происходить не только путем их смыва, но и за счет механического разру­шения защитной пленки при изменении температурного режима труб (пуск, останов, переменный режим), так как коэффициенты линейного расширения магнетита ( 1/⁰С) и стали ( 1/⁰С) существенно различаются.

Количество отложений увеличивается путем коррозии металла. Ско­рость коррозии зависит от температуры. В частности, при температуре ме­талла свыше 572°С процесс пароводяной коррозии интенсифицируется, при этом ускоряется рост отложений и температуры металла. Температура вну­тренней поверхности трубы зависит от толщины слоя отложений :

Следовательно, величина отложений влияет на скорость коррозионных процессов. Исходя из этого, запишем, что количество продуктов коррозии, поступивших в слой отложений за время пропорционально величине отложений:

(1.12)

Суммарная скорость роста отложений определится из (1.10), (1.11), (1.12):

(1.13)

где (1.14)

Начальные условия:

при (1.15)

Наиболее простой вид формула (1.13) принимает при

(1.16)

Это уравнение соответствует следующим условиям:

1. Величина отложений определяется процессом кристаллизации;

2. Величина пренебрежимо мала, что возможно в начальный период образования отложений;

3. равно нулю – нет смыва отложений; за счет кристаллизации образуются мелкие кристаллы, которые к тому же уплотняются адсорбирующими молекулами; равно нулю – нет коррозии металла;

4. не равны нулю, но , т.е. может иметь место при определенном сочетании параметров.

Решение уравнения (1.16) дает формулу прямой линии:

(1.17)

На рис. 1.7. эта прямая линия обозначена условием .

Рис. 1.7. Зависимость массы отложений от времени процесса .

Приведем решение полного уравнения (1.13):

; ;

; ; при ; ; ;

;

. (1.18)

Если , то при система приходит в динамическое равновесие:

(1.19)

В этих условиях интенсивность смыва отложений равна интенсивности поступления примеси из потока воды и коррозии металла. Минимальная величина соответствует (рис. 1.7). При установление равновесия затягивается во времени, а величина увеличивается. Влияние других факторов: а) ; б) ; в) .

При формула принимает вид:

. (1.20)

В этом случае динамическое равновесие не устанавливается, а при увеличении времени масса отложений растет с убыстряющейся скоростью

(рис. 1.7). Такой характер зависимости устанавливается при температуре стенки выше 572°С, когда интенсифицируется пароводяная коррозия. В начальный период роста отложений скорость коррозии мала (кривая 2, рис. 1.8) и величина изменяется по кривой 1 (рис. 1.8). В момент времени температура стенки достигает значения 572°С, кривая коррозии 2 резко возрастает и суммарная кривая 3 также растет.

Рис. 1.8. Влияние коррозионных процессов на массу отложений примеси

В обогреваемых трубах по условиям обеспечения надежного тем­пературного режима определяется предельно допустимая масса отложений , . Полученные зависимости дают возможность определить время работы поверхностей нагрева, за которое произойдет накопление после чего необходимо производить химическую промывку поверхностей парового котла. Межпромывочный период зависит от качества воды, водно-химического режима, теплового потока и т. п.

На рис. 1.9 показано изменение во времени t массы отложений на стенке и температуры наружной поверхности стенки .

Рис. 1.9. Определение межпромывочного периода

Максимально допустимой температуре стенки по окалинообразованию соответствует допустимая величина отложений . По этой величине определяют время промывки поверхностей нагрева от образовавшихся отложений (межпромывочный период).

Из формулы (1.18) получаем

(1.21)

или

Отсюда определяем межпромывочный период

. (1.22)

Раскрывая , получаем

(1.23)

Выражение (1.23) дает возможность определить влияние различных факторов на межпромывочный период.