автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Повышение надежности теплотехнического оборудования энергетических комплексов на основе оперативного мониторинга качества рабочих и технологических сред

На правах рукописи

¿У

уУ

НАРЯДКИНА Надежда Александровна

Повышение надежности теплотехнического оборудования энергетических комплексов на основе оперативного мониторинга качества рабочих и технологических сред

Специальность 05.14.01 — Энергетические системы и комплексы

13¿иіЗ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2013

005061410

Работа выполнена на кафедре «Промышленных теплоэнергетических систем» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

доктор технических наук, профессор Рыженков Вячеслав Алексеевич

доктор технических наук, профессор, зав. каф. АСУТП ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» Андрюшин Александр Васильевич

кандидат технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «МГОУ имени B.C. Черномырдина» Марченко Евгений Михайлович

Открытое акционерное общество «Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический научно-исследовательский институт» (ОАО ВТИ)

Защита диссертации состоится 26 июня 2013 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д212.157.14 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» по адресу: Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Б-205.

Отзывы на автореферат диссертации (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Автореферат разослан 24 мая 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157.14, к. т. н., доцент

Зверьков В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы, Одной из актуальных задач современной энергетики является повышение надежности работы энергетических систем, способствующее не только развитию отечественной энергетики в целом, но и определяющее важнейшие социально-технические признаки современного общества, а именно снижение рисков возникновения техногенных катастроф. Важнейшими частью таких систем являются энергетические комплексы (ЭК), обеспечивающие тепло и пароснабжение промышленных и коммунальных потребителей, включающие различные источники теплоты, теплообменное оборудование, сети.теплоснабжения и теплопотребляющие установки. Известно, что надежность работы теплотехнического оборудования (ТТО) энергетических комплексов в значительной степени определяется качеством используемых в них рабочих и технологических сред (РиТС), определяющим интенсивность протекания коррозии и процессов образования отложений, приводящих к снижению эффективности эксплуатации и авариям, экономический ущерб от которых, как для отечественной энергетики, так и для. энергетики ведущих развитых стран мира (США, Германия), составляет несколько миллиардов долларов в год.

Качество РиТС определяется значениями показателей, характеризующих концентрации присутствующих потенциально опасных веществ и соединений (ПОВС), предельные значения которых установлены федеральными и ведомственными нормативными документами. Обеспечение требуемого качества РиТС в процессе эксплуатации теплотехнического оборудования осуществляется реализацией комплекса мероприятий по поддержанию соответствующего водно-химического режима (ВХР), состояние которого определяется по результатам периодического химического контроля. Однако, на практике в современных условиях (устаревшие технологии и оборудование, низкая культура эксплуатации и др.), даже полное соблюдение норм ВХР не позволяет достичь расчетных значений надежности работы оборудования. Причины этого кроются в недостатках современных систем химического контроля, основными из которых являются:

■ значительные интервалы между измерениями значений параметров РиТС, характеризующих коррозионную повреждаемость функциональных поверхностей ТТО энергетических комплексов, сложность измерения названных параметров;

■ отсутствие контроля состава попадающих р РиТС органических ПОВС природного и техногенного происхождения, обладающих поверхностно-активными свойствами и оказывающих значительное негативное влияние на надежность работы оборудования.

Названные недостатки, обусловленные несовершенством применяемых технических средств и методов химического контроля, существенно увеличивают время работы ТТО в условиях нарушения ВХР, вызывая его повышенный износ, снижая эффективность и

надежность работы энергетических комплексов теплоснабжения в целом. Кроме того, не возможность идентификации состава присутствующих ПОВС не позволяет принимать своевременные эффективные управляющие решения по выбору и реализации водокоррекционных мероприятий.

Острейшая необходимость совершенствования систем химического контроля отмечалась на проходившем в Чехии очередном симпозиуме Международной ассоциации по свойствам воды и водяного пара (1АР7/8), подчеркнувшим важность разработки и внедрения современных автоматизированных систем мониторинга.

Цель работы - повышение надежности теплотехнического оборудования энергетических комплексов на основе оперативного мониторинга показателей качества РиТС с обеспечением автоматизированного измерения скорости коррозии, а также мониторинга состава и концентраций органических ПОВС, обладающих поверхностно-активными свойствами.

Основные задачи работы: о Анализ современного состояния проблемы снижения надежности теплотехнического оборудования энергетических комплексов теплоснабжения, методов и средств химического контроля ВХР;

о Классификация методов, технических средств определения, измерения и осуществления мониторинга показателей качества РиТС. Выбор и обоснование перспективных направлений и технических средств реализации оперативного мониторинга качества РиТС;

о Разработка экспериментального оборудования и методик проведения:

о сравнительных исследований методов измерения скорости коррозии функциональных поверхностей теплотехнического оборудования с использованием электрохимического и гравиметрического методов; .

о экспериментальных исследований по определению влияния состава и концентраций органических поверхностно-активных ПОВС на изменение силы поверхностного натяжения исследуемой водной среды; о Определение влияния состава и концентраций нормируемых и ненормируемых ПОВС, присутствующих в РиТС, на скорость коррозии функциональных поверхностей теплотехнического оборудования;

о Определение влияния состава и концентраций присутствующих в РиТС органических ПОВС на изменение силы поверхностного натяжения и параметры кинетических зависимостей в условиях статической и динамической площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда - воздух»;

о Разработка способа оперативного определения состава и концентрации присутствующих в РиТС органических поверхностно-активных ПОВС.

о Разработка структурной схемы системы оперативного мониторинга (СОМ) качества РиТС, технико-экономическое обоснование ее внедрения на базе фактических эксплуатационных данных теплотехнического оборудования Ставропольской ГРЭС. Научная новизна:

о Впервые определено влияние состава и концентраций нормируемых и ненормируемых ПОВС в широком диапазоне значений при двух температурах РиТС на скорость коррозии и характер коррозионных повреждений конструкционных материалов теплотехнического оборудования (сталь СтЮ, 20X13, латунь Л63);

о Экспериментально установлено, что значения скоростей коррозии конструкционных материалов теплотехнического оборудования, измеренные в РиТС, содержащих хлориды в концентрациях до 100 мг/дм3, уксусную кислоту в концентрациях до 1,0 мг/дм3, аммиак в концентрациях до 10,0 мг/дм3 с использованием метода линейного поляризационного сопротивления (ЛПС) близки к значениям, полученным с использованием традиционного гравиметрического метода с относительной погрешностью не превышающей 10 %;

о Экспериментально установлено, что поведение кинетической зависимости силы поверхностного натяжения исследуемой водной среды при уменьшении или увеличении площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда - воздух» характеризуется наличием трех ярко выраженных линейных участков: на первом и третьем из которых скорость изменения силы поверхностного натяжения минимальна, на втором -максимальна;

о Экспериментально подтверждено влияние состава . и концентраций присутствующих в РиТС потенциально-опасных веществ и соединений, обладающих поверхностно-активными свойствами, на основные параметры характерных участков кинетических зависимостей.

Практическая значимость работы.

о Выполнена классификация методов, технических средств определения, измерения и осуществления мониторинга показателей качества РиТС, используемых в системах химического контроля ВХР теплотехнического оборудования ЭК теплоснабжения;

о Разработан способ оперативного определения состава и концентрации поверхностно-активных ПОВС, применимый для автоматизированного мониторинга качества РиТС энергетического оборудования, а также экспресс-контроля и экологического мониторинга водных сред производственного и бытового назначения;

о Разработана структурная схема системы оперативного мониторинга качества РиТС, обеспечивающая автоматизированное определение скорости коррозии конструкционных материалов, а также мониторинг состава и концентраций органических ПОВС, обладающих поверхностно-активными свойствами в режиме реального времени.

Достоверность. Достоверность полученных результатов определяется их корреляцией с результатами исследований других авторов, многократной повторяемостью экспериментальных результатов, использованием высокоточных средств измерений, определением погрешности измерений.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на: III, IV и V Российской школе семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение теория и практика», г. Москва, 2008, 2010, 2012 гг.; XII, XIII, XIV международной научно-технической конференции студентов и аспирантов, Москва, «НИУ «МЭИ», 2006, 2007, 2008 г.; Международном форуме «Вода: экология и технология» (ЭКВАТЭК-2012), г. Москва, 2012 г.; Второй Всероссийской научно-практической конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем» (ЭНЕРГО-2012), г. Москва, 2012г.; заседаниях кафедры «Промышленные теплоэнергетические системы» и НТС Научного Центра «Повышение износостойкости энергетического оборудования электростанций» НИУ «МЭИ». Автор защищает:

— Методику проведения экспериментальных исследований по определению влияния состава и концентраций органических поверхностно-активных ПОВС на изменение силы поверхностного натяжения исследуемой водной среды при статической и динамической площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда - воздух», в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации теплотехнического оборудования;

— Результаты экспериментальных исследований по определению влияния состава и концентраций ПОВС на скорость протекания коррозионных процессов, а также по измерению значений скорости коррозии с использованием методов ЛПС и гравиметрии;

— Результаты экспериментальных исследований по определению влияния состава и концентраций органических ПОВС, обладающих поверхностно-активными свойствами, на изменение силы поверхностного натяжения и параметры кинетических зависимостей при статической и динамической площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда -воздух»;

— Способ оперативного определения состава и концентрации присутствующих в РиТС поверхностно-активных ПОВС;

— Структурную схему системы оперативного мониторинга качества РиТС, обеспечивающую в режиме реального времени измерение скорости коррозии, определение состава и концентраций органических поверхностно-активных ПОВС;

— Результаты расчета технико-экономического эффекта от внедрения СОМ, обусловленного увеличением значений показателей надежности работы теплотехнического оборудования энергетических комплексов теплоснабжения.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы и результаты, полученные в ходе ее выполнения, отражены в 12 публикациях, в том числе в 5 статьях, опубликованных в реферируемых журналах из перечня ВАК и двух патентах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и двух приложений. Работа содержит 188 страниц, включая 61 рисунок и 17 таблиц. Список использованных источников состоит из 101 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность решения проблемы снижения надежности теплотехнического оборудования энергетических комплексов теплоснабжения в современных условиях.

В первой главе на основании опубликованных данных проведен анализ основных причин снижения надежности теплотехнического оборудования ЭК в современных условиях, выполнен анализ эффективности методов, способов и технических средств мониторинга ВХР, сформулированы цели и задачи исследования.

Одним из существенных факторов, в значительной степени определяющим надежность ТТО ЭК теплоснабжения, является качество используемых РиТС, обусловленное составом и концентрацией присутствующих ПОВС и зависящее' от характеристик используемых водных источников, используемого ВХР и системы водоподготовки. Проведенный анализ повреждаемости теплотехнического оборудования показал, что в современных условиях качество РиТС, обеспечивающее эффективную, надежную и безаварийную работу ЭК, во многих случаях практически не достигается, несмотря на реализацию требуемых мероприятий ВХР, Это вызвано следующими основными причинами: не контролируемыми изменениями состава примесей используемых водоисточников (например, сезонные колебания1 качества водной среды отмечены на Приморской, Шатурской ГРЭС и многих других энергетических объектах); не контролируемыми притоками потенциально опасных веществ и соединений (например, поступление природной и техногенной органики); недостатками действующих систем химического контроля. Основньми недостатками современных систем ХК ВХР являются:

о применяемые технические средства и методы измерений в ряде случаев характеризуются не оперативным и не своевременным обнаружением нарушений ВХР, вызванных отклонениями показателей качества используемых РиТС, что приводит к длительной работе теплотехнического оборудования в режимах с интенсивным коррозионным износом и высокой скоростью образования отложений;

о в действующих нормативных документах отсутствуют требования по контролю состава и концентраций некоторых ПОВС, оказывающих существенное негативное влияние на надежность работы теплотехнического оборудования.

Важнейшим параметром качества РиТС, характеризующим степень ее негативного воздействия на функциональные поверхности теплотехнического оборудования, является скорость коррозии, определяемая в настоящее время, как правило, методом гравиметрии на образцах индикаторах, установленных непосредственно в РиТС.

В последние десятилетия отмечается устойчивая тенденция роста в РиТС концентраций органических ПОВС природного и техногенного происхождения (нефтепродукты, консерванты, ингибиторы коррозии, моющие композиции и т.д.). Однако, действующими нормативными документами не предусмотрен мониторинг состава и концентраций всего спектра органических веществ и соединений, присутствующих в РиТС, при этом контролируется только общее содержание органики и концентрация нефтепродуктов колориметрическим методом.

Недостатки применяемых методов контроля не позволяют своевременно обнаружить некоторые нарушения ВХР, оперативно и обоснованно выбрать соответствующие водокоррекционные мероприятия, сокращая тем самым время работы оборудования в режимах с интенсивным коррозионным износом и высокой скоростью образования отложений. Проведенный анализ показывает, что надежность эксплуатации теплотехнического оборудования ЭК может быть повышена за счет внедрения системы оперативного мониторинга (СОМ) качества РиТС, обеспечивающего автоматизированное определение скорости коррозии, а также мониторинг состава и концентраций присутствующих органических ПОВС. По результатам проведенного анализа сформулированы основные задачи исследований и разработок.

Во второй главе описаны: выполненная классификация методов и технических средств определения, измерения и мониторинга показателей качества РиТС; результаты выбора и тестирования методов для оперативного автоматизированного определения скорости коррозии, а также определения состава и концентраций органических ПОВС; разработанных методик проведения исследований и экспериментального стенда.

Проведенная классификация позволила выделить основные классы методов и

технических средств определения и измерения показателей качества РиТС, проанализировать пригодность традиционных методов (измерение скорости коррозии гравиметрическим методом на образцах-индикаторах, измерение концентраций органики колориметрическим методом, определение состава ПОВС методами хроматографии и спектрографии) и выбрать перспективные для решения названных выше задач мониторинга, а именно:

о для оперативного измерения скорости коррозии - электрохимический высокочувствительный усовершенствованный метод линейного поляризационного сопротивления с автоматической компенсацией начальной разности потенциалов электродов, базирующийся на том, что при небольшом сдвиге потенциала металлического электрода относительно потенциала коррозии, измеряемая плотность внешнего тока в цепи рабочего и вспомогательного электродов пропорциональна скорости коррозии металла;

о для определения состава и концентраций органических поверхностно-активных ПОВС - методы, базирующиеся на основных положениях теории Гиббса, заключающиеся в измерении мгновенных значений поверхностного натяжения исследуемой среды в различных условиях, обработки результатов измерений и определения состава и концентрации присутствующих веществ и соединений.

Оценка пригодности и эффективности применения выбранных методов для создания разрабатываемой системы оперативного мониторинга требует проведения экспериментальных исследований по сравнительным измерениям скорости коррозии конструкционных материалов ТТО с использованием различных методов и определению влияния состава и концентраций органических ПОВС на значение сил поверхностного натяжения исследуемых водных сред. Исследования должны проводится в условиях, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации ТГТО, в рабочих и технологических средах, содержащих различные ПОВС в широком диапазоне концентраций, что обеспечивалось применением специально созданного экспериментального стенда (рисунок 1),

Методика проведения сравнительных исследований методов измерения скорости коррозии конструкционных материалов ТТО включала следующие основные этапы: определение объема эксперимента (выбор параметров РиТС, состава и концентраций присутствующих ПОВС, номенклатуры конструкционных материалов); проведение измерений скорости коррозии методами ЛПС и гравиметрии; обработка результатов и вычисление ошибок измерений.

1 - емкость для поддержания технологических параметров модельной среды; 2 - емкость для приготовления высококонцекгрированной модельной среды; 3 - смеситель; 4 - циркуляционный насос; 5

- расходомер; 6 - измерительная ячейка коррозиметра; 7 - трубопровод подачи и транспортировки рабочих и технологических сред; 8 - контрольные образцы для измерения скорости коррозии методами гравиметрии; 9 - датчики коррозиметра; 10 - коммутатор; И - коррозиметр; 12 -оборудование для мониторинга текущей концентрации поверхностно-активных веществ (ПАВ); 13 -оборудование для идентификации и определения концентрации ПАВ; 14 - система впуска/выпуска пробы; 15 - система регулирования и управления; 16 - датчики температуры; 17 - датчики уровня; 18

- ТЭН; 19 - измерительное оборудование для контроля параметров среды; 20 - рН-метр; 21 -кондуктометр; 22 - анализатор кислорода; 23 - вентиль

Рисунок 1 - Принципиальная схема экспериментального стенда для проведения сравнительных исследований методов измерения скорости коррозии конструкционных материалов и изучению влияния состава и концентраций органических ПОВС на значение сил поверхностного натяжения исследуемых водных сред

Методика проведения экспериментальных исследований по определению влияния состава и концентраций органических ПОВС на значение сил поверхностного натяжения исследуемых водных сред включала следующие основные этапы:

• Выбор состава и концентраций ПОВС, присутствующих в исследуемых РиТС, а также параметров среды для проведении исследований;

• Приготовление РиТС для проведения исследований, организация циркуляции среды с обеспечением заданных температур и скоростей потока. Контроль параметров рабочей среды при проведении исследований;

• Оперативное автоматизированное измерение силы поверхностного натяжения исследуемых РиТС в условиях статической площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда - воздух»;

• Обработка результатов и вычисление ошибок измерений, проверка правильности формирования аварийных сигналов о превышении допустимой концентрации органических поверхностно-активных ПОВС;

• Измерение силы поверхностного натяжения исследуемых РиТС в условиях динамической площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда - воздух»;

• Обработка результатов измерений, построение кинетических зависимостей (см. главу 3), вычисление ошибок определения состава и концентрации присутствующих органических поверхностно-активных ПОВС.

■ Тестирование выбранных для сопоставления методов измерения скорости коррозии, отдельные результаты которого приведены на рисунке 2, показало не значительный разброс значений измерений, полученных методами ЛПС и гравиметрии в диапазоне зафиксированных скоростей коррозии, что подтвердило возможность использования метода ЛПС для создания систем оперативного мониторинга качества РиТС, целесообразность и необходимость проведения дальнейших исследований.

ПО

Кп, мкм/год 100

80 60 40 ЛО О

"А

\ а)

Ж н 1—

г\. 1„.......* б)

1

10

1:

Сгон-юн, мг/дм3

Рисунок 2 - Результаты сравнительных измерений скорости коррозии (Кп, мкм/год) латуни ЛбЗ (а) и стали 20X13 (б) различными методами в зависимости от

концентрации аммиака (С 1ЧН4ОН, мг/дм3) в водной среде (температура - 80°С, скорость течения - 2 м/с), ■-результаты, полученные методом линейного

поляризационного ;опротивления; А результаты, полученные методом гравиметрии.

Тестирование выбранных методов определения состава и концентраций органических поверхностно-активных ПОВС подтвердило наличие взаимосвязи силы поверхностного натяжения исследуемых РиТС с составом и концентрацией присутствующих ПОВС, особенно в условиях динамической площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда - воздух», необходимость разработки оригинального способа определения состава и концентраций и проведения дальнейших исследований.

В третьей главе представлены результаты проведенных экспериментальных исследований. При проведении сравнительных экспериментальных исследований методов измерения скорости коррозии в измерительной ячейке экспериментального стенда для каждого испытуемого конструкционного материала (сталь СтЮ, сталь 20X13 и латунь Л-бЗ) монтировалось по два датчика для измерения скорости коррозии методом ЛПС, а также по два контрольных образца названных материалов для измерений гравиметрическим методом и определения характера коррозионных повреждений. Серии экспериментов проводились для модельных РиТС, содержащих в качестве ПОВС хлорид натрия, уксусную кислоту и аммиак в концентрациях, наиболее характерных для РиТС теплотехнического оборудования. Результаты экспериментальных исследований (примеры которых приведены на рисунке 3), проведенных для названных модельных сред при температурах 30°С и 80°С, подтверждают, что значения скорости коррозии, измеренные методом ЛПС близки к значениям, полученным традиционным гравиметрическим методом с относительной погрешностью не превышающей 10%.

По результатам анализа характера коррозионных повреждений, проведенного с использованием электронного микроскопа и профилографа, для вышеназванных модельных РиТС сформированы выводы о коррозионной стойкости исследованных конструкционных материалов.

При проведении экспериментальных исследований по определению влияния состава и концентраций органических поверхностно-активных ПОВС на изменение силы поверхностного натяжения исследуемой водной среды в модельные среды в качестве ПОВС добавлялись турбинное масло, аминосодержащий консервант и уксусная кислота в концентрациях, наиболее характерных для РиТС теплотехнического оборудования. Полученные результаты позволили построить кинетические зависимости (пример приведен на рисунке 4), явившиеся основой для разработки способа определения состава и концентрации ПОВС (глава 4):

• кинетическая зависимость «сжатия» («растекания») - зависимость изменения мгновенных значений поверхностного натяжения анализируемой среды при уменьшении (увеличении) площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда- воздух» в заданном диапазоне значений (Дст^ = /(5у„),До^ =/(5^))

• кинетическая зависимость «растворения» - зависимость изменения мгновенных значений поверхностного натяжения исследуемой среды при адсорбции (десорбции) молекул ПАВ с течением времени (До"„а(аЮ) = /(О)-

Рисунок 3 - Влияние концентрации присутствующих в рабочих и технологических средах потенциально опасных веществ и соединений на скорость коррозии (Кп, мкм/год) конструкционных материалов (скорость течения среды - 2 м/с; температура: I) -80°С; II) - 30°С):

а) зависимость скорости коррозии латуни ЛбЗ от концентрации уксусной

кислоты (Суксус, мг/дм3).

б) зависимость скорости коррозии стали Ст 10 от концентрации хлорида натрия (СЛаС!, мг/дм3).

Ш-результаты, полученные методом линейного поляризационного сопротивления

А - результаты, полученные методом гравиметрии

б)

Анализ полученных кинетических зависимостей «сжатия» и «растекания» показал, что каждая из них характеризуется наличием трех ярко выраженных линейных участков: на первом и третьем из которых скорость изменения силы поверхностного натяжения минимальна, на втором - максимальна. Полученные результаты подтвердили влияние состава и концентраций присутствующих ПОВС на основные параметры выделенных участков кинетических зависимостей и возможность их применения для определения состава присутствующих органических веществ и соединений. По результатам исследований построены калибровочные зависимости, с ввязывающие силу поверхностного натяжения с объемной концентрацией ПОВС, позволяющие определить концентрацию поверхностао-активных веществ и соединений, присутствующих в РиТС, с относительной погрешностью не превышающей 15%.

Полученные экспериментальные результаты занесены в созданную базу данных, обеспечивающую практическое применение способа оперативного определения состава и концентрации, описанного в четвертой главе работы.

С уксус, и к г/дм'

а)

■А N I

II

См,с, мг/дм3

в, 1(Н м!

а) б)

1 - 0,01 мг/л; 2 - 0,1 мг/л; 3 - 0,2 мг/л; 4 - 0,3 мг/л

Рисунок 4 - Влияние концентрации аминосодержащего консерванта в рабочих и технологических средах на характер кинетических зависимостей изменения мгновенных значений поверхностного натяжения при увеличении площади поверхности раздела фаз (а) и при адсорбции (десорбции) молекул ПАВ с течением времени (б).

В четвертой главе описывается разработанный способ оперативного определения состава и концентрации присутствующих в РиТС поверхностно-активных потенциально опасных веществ и соединений.

Способ базируется на основных положениях теории Гиббса, согласно которой сила поверхностного натяжения а связана с составом и концентрацией присутствующих в ней веществ и соединений, обладающих поверхностно-активными свойствами, следующей аналитической зависимостью:

с1а - - Г*К*Т* с!(1п Со) , (1)

где а - значение силы поверхностного натяжения, мН/м; Г - поверхностная концентрация присутствующих ПОВС, г-моль/м2; К - газовая постоянная, мН-м/градт-моль; Т -абсолютная температура, К; Со - объемная концентрация ПОВС, г-моль/дм3. Известные способы измерения а и определения концентрации, характеризуются низкой чувствительностью и точностью, а также не позволяют определить состав присутствующих ПОВС. Разработанный способ отличается введением режимов измерения с в условиях динамической площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда - воздух» и построением кинетических зависимостей «сжатия», «растекания» и «растворения», что в значительной степени позволяет устранить названные недостатки.

При этом поверхностная концентрация Г увеличивается за счет механического концентрирования присутствующих ПОВС на поверхности исследуемой среды, что

позволяет увеличить чувствительность способа и обнаружить ПОВС, присутствующие в исследуемой среде минимальных концентрациях, определить состав веществ и соединений, а также повысить точность определения концентрации.

Алгоритм реализации разработанного способа определения состава и концентрации ПОВС приведен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Алгоритм определения состава и концентрации поверхностно-активных потенциально опасных веществ и соединений, присутствующих в рабочих и технологических средах

Определение состава поверхностно-активных веществ осуществляется путем сравнения параметров кинетических зависимостей, описанных в третьей главе работы. Сравнению подлежат параметры характерных участков экспериментальных кинетических зависимостей, полученных на исследуемой пробе РиТС, и соответствующие параметры эталонных кинетических зависимостей, предварительно полученных для эталонных сред, содержащих известные ПОВС в определенных концентрациях. Эталонные кинетические зависимости и калибровочные кривые, используемые для определения концентрации ПОВС, хранятся в специально созданной базе данных.

В пятой главе приведено описание разработанной структурной схемы системы оперативного мониторинга качества РиТС, позволяющей реализовать:

• автоматизированное измерение скорости коррозии методом ЛПС;

• постоянный автоматизированный контроль текущих концентраций присутствующих в РиТС органических поверхностно-активных ПОВС;

• оперативное обнаружение не фиксируемых в настоящее время нарушений ВХР с формированием и передачей в «штатную» систему химического контроля аварийных сигналов оповещения (ACO) о превышении заданных допустимых пороговых значений скорости коррозии и концентраций органических ПОВС;

• проведения (в случае обнаружения нарушений ВХР) процедур определения состава и концентрации присутствующих органических поверхностно-активных ПОВС;

• возможность эксплуатация СОМ в составе «штатного» оборудования ХК ВХР и автономном режиме.

В структуру разработанной СОМ (рисунок 6) входят: о модуль мониторинга текущих концентраций, обеспечивающий оперативное формирование аварийного сигнала оповещения о превышении допустимого порогового значения концентраций органических ПОВС, присутствующих в РиТС; о модуль определения состава и концентрации присутствующих в РиТС органических поверхностно-активных ПОВС в случаях нарушения ВХР;

о модуль измерения скорости коррозии конструкционных материалов, обеспечивающий формирование аварийного сигнала оповещения о превышении допустимого порогового значения скорости коррозии; о модуль управления СОМ.

СОМ обеспечивает измерение скорости коррозии конструкционных материалов в диапазоне 0,001—75 000 мкм/год с погрешностью ±10%, массовой концентрации органических поверхностно-активных ПОВС в диапазоне от 0,003 до 15 мг/дм3 с относительной погрешностью ±15%, а также определение состава ПОВС со временем проведения анализа не более 10 минут.

Внедрение СОМ, построенных по разработанной структурной схеме, позволяет увеличить единичные и комплексные показатели надежности (коэффициент готовности (Кг), коэффициент технического использования {Кти)) ТТО за счет оперативного обнаружения и устранения не контролируемых в настоящее время нарушений ВХР и снижения реального объема коррозионных повреждений.

1 - датчик поверхностного натяжения; 2 - датчик усилия; 3 - датчик текущей площади.рабочего отсека; 4 - концевые выключатели начальной и конечной площади рабочего отсека; 5 - привод концентратора; 6 - рабочая ёмкость с подвижным концентратором; 7 - система датчиков уровня жидкости; 8 - коррозиметр; 9 - коммутатор; 10 - датчик трехэлектродный; 11 - измерительная проточная ячейка; 12 - измерительная емкость; 13 - система впуска/выпуска анализируемой пробы;

14 - трубопровод подачи и транспортировки рабочих и технологических сред

Рисунок 6 - Структурная схема системы оперативного мониторинга качества рабочих и

технологических сред

Расчет технико-экономического обоснования внедрения СОМ выполнен на базе фактических данных по эксплуатации теплотехнического оборудования Ставропольской ГРЭС, входящей в состав ОГК-2, включающего восемь котлов ТГМП-314А ТКЗ с установленной тепловой мощностью - 220 Гкал/час. В зависимости от условий эксплуатации ТТО ЭК теплоснабжения и качества используемых РиТС при внедрении СОМ достигается увеличение К,- и Кти в диапазонах (0,2 - 0,4) и (0,4 - 0,8) % соответственно, что позволяет увеличить время работы теплотехнического оборудования в календарном году, и, следовательно, дополнительно вырабатывать и продавать определенный объем тепловой энергии. При этом стоимость затрат на ее производство увеличивается на объем разовых расходов на создание и внедрение СОМ, объем расходов на ее опытную эксплуатацию и последующих ежегодных затрат на техническое обслуживание. Проведенные расчеты показывают, что срок окупаемости проекта по внедрению СОМ составляет четыре года, а

чистая приведенная стоимость реализации проекта - 10,5 млн. руб., что подтверждает целесообразность внедрения системы при проведении модернизации существующего ТТО и проектировании новых энергетических комплексов теплоснабжения.

ВЫВОДЫ

На основании полученных результатов исследований, проведенных в рамках настоящей работы, анализа и обобщения результатов других исследований, сделаны следующие основные выводы:

• одной из основных причин снижения надежности теплотехнического оборудования энергетических комплексов теплоснабжения является не оперативное и не своевременное обнаружение нарушений ВХР, приводящее к эксплуатации оборудования в условиях интенсивно протекающих коррозионных процессов при высокой скорости образования отложений. Надежность ТТО может быть повышена совершенствованием систем химического контроля ВХР за счет организации автоматизированного оперативного мониторинга качества РиТС;

• результаты проведенных экспериментальных исследований показывают, что значения скорости коррозии конструкционных материалов в РиТС, содержащих нормируемые и не нормируемые ПОВС в широком диапазоне значений концентраций в различных температурных условиях, измеренные с использованием автоматизированных приборов методом ЛПС близки к значениям, полученным традиционным гравиметрическим методом с относительной погрешностью не превышающей 10 %;

• по результатам анализа внешнего вида контрольных образцов, выполненного с' использованием электронного микроскопа и профилографических измерений экспериментально определен характер коррозионных повреждений конструкционных материалов теплотехнического оборудования (сталь СтЮ и 20X13, латунь Л63) в условиях присутствия в РиТС наиболее типичных ПОВС (хлориды, уксусная кислота, аммиак) при наиболее характерных условиях эксплуатации оборудования.

• присутствующие в РиТС в различных концентрациях органические поверхностно-активные ПОВС (турбинное масло, аминосодержащий консервант, уксусная кислота) оказывают существенное влияние на основные параметры характерных участков кинетических зависимостей силы поверхностного натяжения, полученных в условиях динамической площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда - воздух».

• по результатам экспериментальных исследований для РиТС, содержащих типичные органические ПОВС в широком диапазоне концентраций, построены кинетические зависимости и калибровочные кривые, позволяющие на практике оперативно определять

I

18

состав и концентрацию присутствующих веществ и соединений с относительной погрешностью не превышающей 15%.

• разработанный способ определения состава и концентраций поверхностно-активных ПОВС применим для мониторинга состава и концентраций нормируемых и ненормируемых органических поверхностно активных ПОВС природного и техногенного происхождения в водных средах различного промышленного и бытового назначения,

• внедрение системы оперативного мониторинга качества РиТС, построенной по разработанной структурной схеме, улучшает единичные и комплексные показатели надежности работы ТТО ЭК теплоснабжения за счет оперативного обнаружения и устранения не контролируемых в настоящее время нарушений ВХР и снижения реального объема коррозионных повреждений. Срок окупаемости проекта по внедрению СОМ составляет четыре года, а чистая приведенная стоимость реализации проекта превышает 10 млн. руб.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Рыженков В.А., Погорелов С.И., Нарядкина H.A. О необходимости и возможностях оперативного мониторинга степени агрессивности рабочих и технологических сред энерготехнологических комплексов //Энергосбережение и водоподготовка, 2009, № 4 (60), С. 2-6.

2. Рыженков В.А., Погорелов С.И., Нарядкина H.A. Повышение надежности эксплуатирующегося теплоэнергетического оборудования на основе оперативной идентификации агрессивных соединений в рабочем теле // Энергосбережение и водоподготовка, 2012, № 1 (75), С. 21-24.

3. Рыженков В.А., Нарядкина H.A., Калакуцкая О.В., Ежов Е.В., Тарасенко Д.А., Ануфриев Н.Г., Кузнецова Н.Ю. О возможности совершенствования системы контроля качества рабочих и технологических сред электрических станций // Естественные и технические науки, 2012, №3, С. 337-342.

4. Рыженков В.А., Погорелов С.И., Нарядкина H.A. и др. Определение эффективности применения метода линейного поляризационного сопротивления для автоматизированного мониторинга коррозионной активности рабочих и технологических сред в теплоэнергетике // Практика противокоррозионной защиты, 2012, №2(64), С. 42-47.

5. Рыженков В.А., Погорелов С.И., Нарядкина H.A. и др. Оперативное определение органических соединений в рабочих и технологических средах ТЭС // Энергобезопасность и энергосбережение, 2012, №2(44), С. 34-39.

6. Патент на изобретение № 2469291 «Способ определения концентрации и идентификации поверхностно-активных веществ в водных растворах» Авт. Рыженков В. А., Погорелов С. И., Нарядкина Н. А., опубл. в БИ №34,2012.

7. Патент на полезную модель № 96968 «Устройство для определения концентрации поверхностно-активных веществ в водных средах» Авт. Рыженков В. А., Погорелов С. И., Кухарева О. В., Нарядкина Н. А. 22.04.2010.

8. Нарядкина H.A. «О необходимости оперативного мониторинга рабочих и технологических сред теплоэнергетического оборудования» // Сборник трудов четвертой Российской школы семинара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение теория и практика» М.: МЭИ 2008. - С. 201-203.

9. Рыженков В.А., Нарядкина H.A. «О возможности оперативного мониторинга коррозионной агрессивности рабочих и технологических сред коммуникационно-трубопроводных систем энерготехнологических комплексов в современных условиях» // Сборник трудов пятой Российской школы семинара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение теория и практика» М.: МЭИ 2010.

10. Погорелов С.И., Нарядкина H.A. Повышение ресурса и надежности работы оборудования тепловых и атомных электрических станций на основе оперативной идентификации агрессивных соединений в рабочем теле // Труды Второй Всероссийской НПК - ЭНЕРГО-2012 «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем». 4-6 июня 2012г. - Москва. - Изд.дом МЭИ. -Том 1 - С.242-244.

11. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2012620539 от 09.06.2012г. «База данных для идентификации и определения концентрации веществ и соединений, присутствующих в рабочем теле энергетического оборудования ТЭС и АЭС» Авт. Рыженков В .А., Погорелов С.И., Нарядкина H.A.

12. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615270 от 09.06.2012г. «Программа для идентификации и определения концентрации веществ и соединений, присутствующих в рабочем теле энергетического оборудования ТЭС и АЭС». Авт. Рыженков В .А., Погорелов С.И., Нарядкина H.A.

Подписано в печать «Д&_»_ 0£~ 2013 г. Зак. Тир. 100 экз. П.л. 1,25

Полиграфический центр ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» Красноказарменная ул., д. 13

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

На правах рукописи

04201358067

Нарядкина Надежда Александровна

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ ОПЕРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА РАБОЧИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы

Москва - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ...........................................................................................4

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................5

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ СНИЖЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.........................11

1.1. Современное состояние проблемы повреждаемости и снижения надежности теплотехнического оборудования энергетических комплексов теплоснабжения................................................................................1 1

1.1.1 Анализ сню/сепия надежности эксплуатации теплотехнического оборудования ЭК за счет интенсификации протекания коррозионных процессов............................13

1.1.2 Анализ снижения надежности экс}У1уатации теплотехнического оборудования ЭК за счет интенсификации процессов образования отложений...............................20

1.2. А11ализ эффективности традици01ii1ых способов и систем

мо! 1иторинга ВХР теплотехнического оборудова11ия ЭК..............................25

1.3. Основные направления совершенствования процессов и систем мониторинга водно-химических режимов теплотехнического

оборудования ЭК......................................................................................................35

1.5 Задачи исследований.......................................................................................37

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ..........................................................................39

2.1 Анализ и классификация методов, способов и технических средств определения, измерения и мониторинга показателей качества РиТС теплотехнического оборудования энергетических комплексов.................40

2.1.1 Анализ и классификация методов и способов определения, измерения и контроля показателей качества РиТС............................................................................40

2.1.2 Анализ и классификация приборной базы, используемой при организации систем ХК ВХР теплотехнического оборудования энергетических комплексов.......48

2.2 Описание экспериментального оборудования...........................................53

2.3 Описание методик проведения экспериментальных исследований .... 63

2.3.1 Методика проведения сравнительных исследований методов измерения скорости коррозии конструкционных материалов ТТО...............................................63

2.3.2 Методика проведения исследований по определению влияния состава и концентраций органических поверхностно-активных ПОВС, содержащихся в РиТС, на изменение силы поверхностного натяжения исследуемой водной среды..............68

2.4 Оценка погрешностей измерений...................................................................73

2.4.1 Оценка погрешностей измерения скорости коррозии методами ЛПС и гравиметрии. Проверка правильности формирования аварийного сигнала оповещения о превышении скорости коррозии заданного порогового значения.........73

2.4.2 Оценка погрешностей определения состава и концентрации органических поверхностно-активных ПОВС. Проверка правильности формирования аварийного сигнала о превышении заданной пороговой концентрации присутствующих ПОВС75 2.5 Тестирование перспективных методов оперативных автоматизированных измерений скорости коррозии, а также определения состава и концентраций органических поверхностно-активных ПОВС... 77

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ И ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА И КОНЦЕНТРАЦИЙ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОВС НА ИЗМЕНЕНИЕ СИЛЫ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ИССЛЕДУЕМОЙ ВОДНОЙ СРЕДЫ . 80

3.1 Результаты сравнительных экспериментальных исследований методов

измерения скорости коррозии................................................................................81

3.2 результаты экспериментальных исследований по определению влияния состава и концентраций органических поверхностно-активных ПОВС на изменение силы поверхностного натяжения исследуемой водной среды.............................................................................................................95

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА И КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИСУТСТВУЮЩИХ В РИТС ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ И СОЕДИНЕНИЙ, ОБЛАДАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫМИ СВОЙСТВАМИ..........................................105

4.1 Анализ методов и технических средств определения состава

(идентификации) и определения концентрации поверхностно-активных потенциально опасных веществ и соединений, присутствующих в РиТС .....................................................................................................................................106

4.2 Способ определения состава и концентрации поверхностно-активных Г10ВС, присутствующих в РиТС......................................................................... 114

4.3 Разработка базы данных для реализации способа определения состава и концентрации поверхностно-активных ПОВС, присутствующих в РиТС теплотехнического оборудова1шя..................................................................... 125

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА РИТС ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ..................................................................134

5.1 Описание структурной схемы системы оперативного мониторинга

качества РиТС теплотехнического оборудования энергетических

комплексов.............................................................................................................. 134

5.2. Описание структурной схемы модуля автоматизированных измерений скорости коррозии..................................................................................................140

5.3 Описание структурных схем модуля мониторинга текущих

концентраций поверхностно-активных ПОВС и модуля определения состава и концентрации....................................................................................... 145

5.4 Технико-экономическое обоснование внедрения СОМ в практику

эксплуатации действующих энергетических комплексов......................... 148

5.5 Апробация разработанных технических решений....................................157

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................158

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................................160

ПРИЛОЖЕНИЕ А.......................................................................................................172

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

182

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ACO - Аварийный сигнал оповещения

БД - База данных

ГАР Гидразинно-аммиачный режим

ВХР - Водно-химические режимы

ГВС - Горячее водоснабжение

КОВХР - Комбинированный окислительный ВХР

ЛПС - Метод линейного поляризационного сопротивления

НВВХР - Нейтрально-восстановительный ВХР

ПОВС - Потенциально опасные вещества и соединения

РД - Руководящие документы

РиТС - Рабочие и технологические среды

ТТО - Теплотехническое оборудование

СОМ - Система оперативного мониторинга

ТЭС - Тепловая электростанция

ХК - Химический контроль

ЭК - Энергетические комплексы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одной из актуальных задач современной энергетики является повышение надежности работы энергетических систем, способствующее не только развитию отечественной энергетики в целом, но и определяющее важнейшие социально-технические признаки современного общества, а именно снижение рисков возникновения техногенных катастроф. Важнейшей частью таких систем являются энергетические комплексы (ЭК), обеспечивающие тепло и пароснабжение промышленных и коммунальных потребителей, включающие различные источники теплоты, теплообменное оборудование, сети теплоснабжения и теплопотребляющие установки. Известно, что надежность работы теплотехнического оборудования (ТТО) энергетических комплексов в значительной степени определяется качеством используемых в них рабочих и технологических сред (РиТС), определяющим интенсивность протекания коррозии и процессов образования отложений, приводящих к снижению эффективности эксплуатации и авариям, экономический ущерб от которых, как для отечественной энергетики, так и для энергетики ведущих развитых стран мира (США, Германия), составляет несколько миллиардов долларов в год.

Качество РиТС определяется значениями показателей, характеризующих концентрации присутствующих потенциально опасных веществ и соединений (ПОВС), предельные значения которых установлены федеральными и ведомственными нормативными документами. Обеспечение требуемого качества РиТС в процессе эксплуатации теплотехнического оборудования осуществляется реализацией комплекса мероприятий по поддержанию соответствующего водно-химического режима (ВХР), состояние которого определяется по результатам периодического химического контроля. Однако, на практике в современных условиях (устаревшие технологии и оборудование, низкая культура эксплуатации и др.), даже полное соблюдение норм ВХР не позволяет достичь расчетных

значений надежности работы оборудования. Причины этого кроются в недостатках современных систем химического контроля, основными из которых являются:

- значительные интервалы между измерениями значений параметров РиТС, характеризующих коррозионную повреждаемость функциональных поверхностей ТТО энергетических комплексов, сложность измерения названных параметров;

- отсутствие контроля состава попадающих в РиТС органических ГТОВС природного и техногенного происхождения, обладающих поверхностно-активными свойствами и оказывающих значительное негативное влияние на надежность работы оборудования.

Названные недостатки, обусловленные несовершенством применяемых технических средств и методов химического контроля, существенно увеличивают время работы ТТО в условиях нарушения ВХР, вызывая его повышенный износ, снижая эффективность и надежность работы энергетических комплексов теплоснабжения в целом. Кроме того, невозможность идентификации состава присутствующих ПОВС не позволяет принимать своевременные эффективные управляющие решения по выбору и реализации водокоррекционных мероприятий.

Острейшая необходимость совершенствования систем химического контроля отмечалась на проходившем в Чехии очередном симпозиуме Международной ассоциации по свойствам воды и водяного пара (1АР\¥8), подчеркнувшим важность разработки и внедрения современных автоматизированных систем мониторинга.

Цель работы - повышение надежности теплотехнического оборудования энергетических комплексов на основе оперативного мониторинга показателей качества РиТС с обеспечением автоматизированного измерения скорости коррозии, а также мониторинга состава и концентраций органических ПОВС, обладающих поверхностно-активными свойствами.

Основные задачи работы:

- Анализ современного состояния проблемы снижения надежности теплотехнического оборудования энергетических комплексов теплоснабжения, методов и средств химического контроля ВХР;

- Классификация методов, технических средств определения, измерения и осуществления мониторинга показателей качества РиТС. Выбор и обоснование перспективных направлений и технических средств реализации оперативного мониторинга качества РиТС;

- Разработка экспериментального оборудования и методик проведения:

о сравнительных исследований методов измерения скорости коррозии функциональных поверхностей теплотехнического оборудования с использованием электрохимического и гравиметрического методов; о экспериментальных исследований по определению влияния состава и концентраций органических поверхностно-активных ПОВС на изменение силы поверхностного натяжения исследуемой водной среды;

- Определение влияния состава и концентраций нормируемых и ненормируемых ПОВС, присутствующих в РиТС, на скорость коррозии функциональных поверхностей теплотехнического оборудования;

- Определение влияния состава и концентраций присутствующих в РиТС органических ПОВС на изменение силы поверхностного натяжения и параметры кинетических зависимостей в условиях статической и динамической площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда - воздух»;

- Разработка способа оперативного определения состава и концентрации присутствующих в РиТС органических поверхностно-активных ПОВС.

- Разработка структурной схемы системы оперативного мониторинга (СОМ) качества РиТС, технико-экономическое обоснование ее внедрения на

базе фактических эксплуатационных данных теплотехнического оборудования Ставропольской ГРЭС.

Научная новизна:

- Впервые определено влияние состава и концентраций нормируемых и ненормируемых ПОВС в широком диапазоне значений при двух температурах РиТС на скорость коррозии и характер коррозионных повреждений конструкционных материалов теплотехнического оборудования (сталь СтЮ, 20X13, латунь Л63);

- Экспериментально установлено, что значения скоростей коррозии конструкционных материалов теплотехнического оборудования, измеренные в РиТС, содержащих хлориды в концентрациях до 100 мг/дмЗ, уксусную кислоту в концентрациях до 1,0 мг/дмЗ, аммиак в концентрациях до 10,0 мг/дмЗ с использованием метода линейного поляризационного сопротивления (ЛПС) близки к значениям, полученным с использованием традиционного гравиметрического метода с относительной погрешностью не превышающей 10 %;

- Экспериментально установлено, что поведение кинетической зависимости силы поверхностного натяжения исследуемой водной среды при уменьшении или увеличении площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда - воздух» характеризуется наличием трех ярко выраженных линейных участков: на первом и третьем из которых скорость изменения силы поверхностного натяжения минимальна, на втором -максимальна;

- Экспериментально подтверждено влияние состава и концентраций присутствующих в РиТС потенциально-опасных веществ и соединений, обладающих поверхностно-активными свойствами, на основные параметры характерных участков кинетических зависимостей.

Практическая значимость работы.

- Выполнена классификация методов, технических средств определения, измерения и осуществления мониторинга показателей качества РиТС,

используемых в системах химического контроля ВХР теплотехнического оборудования ЭК теплоснабжения;

- Разработан способ оперативного определения состава и концентрации поверхностно-активных ПОВС, применимый для автоматизированного мониторинга качества РиТС энергетического оборудования, а также экспресс-контроля и экологического мониторинга водных сред производственного и бытового назначения;

- Разработана структурная схема системы оперативного мониторинга качества РиТС, обеспечивающая автоматизированное определение скорости коррозии конструкционных материалов, а также мониторинг состава и концентраций органических ПОВС, обладающих поверхностно-активными свойствами в режиме реального времени.

Достоверность. Достоверность полученных результатов определяется их корреляцией с результатами исследований других авторов, многократной повторяемостью экспериментальных результатов, использованием высокоточных средств измерений, определением погрешности измерений.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на: III, IV и V Российской школе семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика», г. Москва, 2008, 2010, 2012 гг.; XII, XIII, XIV международной научно-технической конференции студентов и аспирантов, Москва, «НИУ «МЭИ», 2006, 2007, 2008 г.г.; Международном форуме «Вода: экология и технология» (ЭКВАТЭК-2012), г. Москва, 2012 г.; Второй Всероссийской научно-практической конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем» (ЭНЕРГО-2012), г. Москва, 2012г.; заседаниях кафедры «Промышленные теплоэнергетические системы» и НТС Научного Центра «Повышение износостойкости энергетического оборудования электростанций» НИУ «МЭИ».

Автор защищает:

- Методику проведения экспериментальных исследований по определению влияния состава и концентраций органических поверхностно-активных ПОВС на изменение силы поверхностного натяжения исследуемой водной среды при статической и динамической площади поверхности раздела фаз «исследуемая водная среда - воздух», в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации теплотехнического оборудования;

- Результаты экспериментальных исследований по определению влияния состава и концентраций ПОВС на скорость протекания коррозионных процессов, а также по измерению значений скорости коррозии с использованием методов ЛПС и гравиметрии;

- Результаты экспериментальных исследований по определению влияния состава и концентраций органических ПОВС, обладающих поверхностно-активными свойствами, на изменение силы поверхностного натяжения и па�