Основанием и предпосылкой для применения НОВР послужили исследования, показавшие, что углеродистая сталь в условиях эксплуатации питательного тракта энергоблоков при температуре до 300 °С может пассивироваться молекулярным кислородом при соблюдении следующих условий:
- обеспечение высокого качества питательной воды по электропроводимости водородкатионированной пробы. Согласно «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей» электропроводимость пробы должна быть Xнв<0,3 мк См/см;
- поддержание показателя рН пробы питательной воды при температуре 25°С pH25 ≥ 7,0;
- полное отсутствие в тракте конструкционных материалов, содержащих медь;
- отсутствие в питательной воде любых примесей, особенно, органических.
Длительный опыт эксплуатации прямоточных котлов СКД на НОВР доказал, что данный режим является наиболее экологичным и экономичным из всех известных в настоящее время.
Основными окислителями при организации нейтрально-окислительных водных режимов являются воздух, газообразный кислород О2,перекись водорода Н2О2.
Исследованиями установлено, что минимальной скорости коррозии углеродистой и низколегированной сталей в обессоленной воде соответствует содержание в ней кислорода в пределах 20 — 200 мкг/кг. При этом необходимо учитывать, что при работе энергоблока допускать колебания концентрацией кислорода в питательной воде в пределах от минимума до максимума в коррозионном отношении нежелательно. Содержание окислителя в теплоносителе должно быть достаточным для поддержания на поверхности металла пароводяного тракта качественной защитной пленки и не более того. Оптимальное содержание окислителя должно быть в каждом конкретном случае установлено опытным путем. Его дозирование необходимо вести автоматически, непрерывно контролируя. На энергоблоках СКД ввод окислителя допускают в конденсатный или питательный тракт, на западе только в конденсатопровод перед ПНД.
При организации нейтрально-окислительных водных режимов деаэраторы переводят в режим работы подогревателя смешивающего типа.
НОВР с дозированием кислорода. Первая точка ввода газообразного кислорода, как правило, организуется на конденсатном участке тракта перед конденсатным насосом II подъема. Кислород вводится в количестве порядка 400 мкг/кг.
Для коррекции величины показателя рН в небольших количествах вводят аммиак (~30-60 мкг/кг). Отказаться от его ввода нельзя, т.к. значение показателя рН переходит в кислую область, что может привести к росту концентрации железа по всему пароводяному тракту за счет активизации процессов коррозии. Для защиты от коррозии питательного тракта и тракта котла кислород вводят также и в питательную воду после деаэратора в количестве порядка 100 мкг/кг.
При большей дозе кислород может быть не израсходован на тракте до первичного пароперегревателя, изготовленного из аустенитных сталей, и его воздействие может оказаться и негативным.
НОВР с дозированием раствора перекиси водорода. Первый НОВР с дозированием перекиси водорода был реализован в 1967 г. на ТЭС г. Гамбурга.
Дозирование Н2О2 производится также на КЭН II с корректировкой величины показателя рН небольшими дозами аммиака. Механизм воздействия перекиси водорода на образование оксидных пленок, и их характеристики получаются несколько отличными от оксидных пленок. полученных при реализации НОВР с дозированием кислорода.
Анализ работы энергоблоков на НОВР с различными окислителями позволяет говорить о некотором преимуществе режима дозирования перекиси водорода перед дозированием кислорода. Так, в частности, скорость нарастания отложений для перекисьводородного режима почти в 1,7 раза меньше, чем при кислородном, и, одновременно, теплопроводность этой оксидной пленки в 3,5 раза больше. Однако необходимо отметить, что прочность и толщина оксидных пленок и при одном и другом режиме не так значительны, чтобы можно было допускать перерывы в дозировании окислителей.
Температуры металла экранных труб при работе на перекисьводородном режиме были практически постоянны, а самые максимальные значения не превышали 525 °С.
Таким образом, можно сказать о некотором преимуществе режима дозирования перекиси водорода перед дозированием кислорода, но для осуществления данного режима необходимо обеспечить наличие перекиси водорода на ТЭС, в то время как кислород там безусловно имеется в электролизерных. Поэтому, учитывая достаточно высокие показатели НОВР с дозированием кислорода, предпочтение отдано именно ему.
Анализ работы энергоблоков на гидразионно-аммиачном водном режиме и на НОВР с дозированием кислорода доказал бесспорные достоинства последнего.
Основными из них являются:
- резкое снижение роста температур поверхностей нагрева за 1000 часов работы (с 10-15 °С до 3-5 °С) за счет уменьшения в 3 — 4 раза величины отложений в трубах НРЧ;
- уменьшение скорости эрозионно-коррозионных процессов в питательном тракте, что приводит к существенному снижению концентрации железа в питательной воде ниже нормируемого значения (5 – 7 мкг/кг и ниже);
- увеличение межпромывочного срока эксплуатации оборудования, что приводит к значительной экономии деффицитных реагентов, на проведение эксплуатационных химических промывок котла и турбин;
- отказ от дозирования гидразина и больших количеств аммиака удешевляет и упрощает эксплуатацию энергоблока, существенно увеличивает длительность межрегенерационного периода фильтров БОУ, а, следовательно, приводит к экономии NaOH и H2SO4 на регенерацию фильтров и сокращение общего объема сточных вод БОУ;
- полный отказ от применения высокотоксичного гидразин-гидрата и значительное сокращение расхода аммиака.
Основной проблемой при организации НОВР в настоящее время являются органические примеси в питательной воде, не удаленные на стадии очистки подпиточной воды. Если катионы и анионы растворенных солей успешно удаляются на ВПУ и БОУ, а главное, хорошо контролируются при измерении электропроводимости питательной воды и конденсата, то органические загрязнения плохо удаляются и сложно контролируются.
Проведенные исследования не оставляют сомнений, что в присутствии кислорода органические соединения в пароводяном тракте энергоблоков подвергаются окислению и термолизу с образованием различных коррозионно-активных кислот (угольной, уксусной, муравьиной, пропиновой и т.д.). В результате конструкционные материалы подвергаются коррозионным повреждениям, вызывающим разрушение оксидной пленки, а затем усиленную коррозию стали, в том числе коррозионное растрескивание под напряжением. Это привело к необходимости дополнить нормируемые показатели обессоленной воды для блоков СКД новым показателем — общий органический углерод (ООУ). Значение ООУ в обессоленной воде установлено на уровне меньше или равной 0,2 мг/кг. Соответственно были созданы новые приборы для мониторинга общего органического углерода в водоисточниках, системах водоподготовки и конденсатно-питательных трактах ТЭС и АЭС.
