К.т.н. Потапов С. А., ООО "ИТЦ ОРГХИМ", г. Казань;
Д.т.н. Дрикер Б. Н., Уральский государственный лесотехнический университет г. Екатеринбург;
Д.х.н. Цирульникова Н. В. , ФГУП "ИРЕА", г. Москва
В последние годы в системах теплоснабжения горячего водоснабжения широко используется комплексонный водно-химический режим (КВХР), реализуемый методом частичной или полной стабилизации природной («сырой») подпиточной и сетевой воды добавками органических фосфонатов, композиций и комплексонатов на их основе. Эти реагенты способны в соотношении с катионами щелочноземельных металлов как 1 к 1000 (субстехиометрическое соотношение) препятствовать росту кристаллов труднорастворимых солей щелочноземельных металлов, и тем самым, предотвращать накипеобразование.
Цинковые комплексонаты фосфоновых кислот, в частности, Nа2Zn0ЭДФ [1-гидроксиэтилендифосфонато(4-)цинк динатриевая соль], одновременно являются ингибиторами коррозии. Обработка воды фосфонатами позволяет исключить стадию умягчения воды (ингибирование накипеобразования, lns), или стадию деаэрации воды (ингибирование коррозии, lnс). В ряде случаев возможно одновременное подавление солеотложений и электрохимической коррозии (ингибирование накипеобразования и коррозии, lnsc).
Наиболее широко применяемые в теплоэнергетике реагенты: 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ), нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ), ингибитор отложения минеральных солей (ИОМС-1) и их цинковые комплексонаты, а также многие другие в настоящее время фундаментально исследованы, установлено строение, объяснены эффекты стабилизации, субстехиометрического взаимодействия и скользящей реакции; разработана математическая модель процесса ингибирования фосфоновыми соединениями кристаллизации солей [1,2,3]. В институте физической химии РАН в 80-х годах детально исследован механизм ингибирования коррозии цинковыми комплексонатами ОЭДФ и НТФ, а также целого ряда других фосфонатов.
По инициативе 000 «Экоэнерго» (г.Ростов-на-Дону) научно-технический совет Госстроя РФ рассматривал вопрос о допуске к применению в системах теплоснабжения только двух реагентов, а именно, цинковых комплексонатов ОЭДФ и НТФ (ZnОЭДФ и ZnНТФ), как наиболее эффективных ингибиторов накипеобразования и коррозии (lnsc). Принятие подобного решения в ущерб другим не менее, а то и более эффективным реагентам, особенно в условиях постоянного ужесточения экологических требований, по нашему мнению, может привести к серьезным негативным последствиям.
Покажем это на примере цинкового комплекса ОЭДФ, предложенного в качестве ингибитора коррозии еще в 70-х годах [4]. Для объективной оценки приведенных далее результатов авторы не считают возможным ссылаться на собственные работы.
В соответствии с [5] характер коррозионного процесса стальных трубопроводов тепловых сетей оценивается в зависимости от линейной скорости коррозии (табл. 1).
Таблица 1 Взаимосвязь характера коррозионного процесса и скорости коррозии
Скорость коррозии, мм/год
0-0,02
0,02-0,04
0,04-0,05
0,05-0,2
Более 0,2
Характер коррозионного процесса
Практическое отсутствие
Слабый
Средний
Сильный
Аварийный
На наш взгляд, эффективным ингибитором коррозии (lnc) может считаться тот lnc, который при концентрации в пределах ПДК обеспечивает снижение скорости коррозии в системах теплоснабжения до 0,02 мм/год, но не более 0,04 мм/год.
До последнего времени ZnОЭДФ применялся в качестве lnsc в основном в водооборотных системах охлаждения и, по данным [6], в системах горячего водоснабжения. В этой работе приведены результаты потенциодинамических исследований, выполненных в АКХ им. К. Д. Памфилова на лабораторном коррозиметре ОКА. Установлено, что введение 5 мг/л цинкового комплекса ОЭДФ снижало коррозионную агрессивность воды при температуре 60 °С в 8-10 раз, доводя ее до «невысоких значений». Данные о виде коррозионного процесса (равномерный, локальный и т.д.) и скорости коррозии отсутствуют, но отмечается, что с увеличением в воде содержания сульфатов свыше 100 мг/л эффективность ингибитора падает.
Аналогичные исследования при температуре 90 °С на деаэрированной сетевой воде открытой системы теплоснабжения Ростовской ТЭЦ-2 выполнены в ВТИ [7]. При концентрации 5 мг/л ZnОЭДФ обеспечивает в этих условиях степень защиты 92%. Однако также не приведены данные о виде коррозионного процесса и скорости коррозии.
Фундаментальные исследования цинкового комплексоната ОЭДФ выполнены в Институте физической химии РАН Кузнецовым Ю.И. Установлено, что цинковый комплекс ОЭДФ является ингибитором коррозии смешанного действия (тормозит анодную и катодную реакции), а защитное действие ZnОЭДФ объясняется образованием на поверхности трудно растворимых комплексов железа и цинка с ОЭДФ, а также осаждением Zn(OH)2.
В настоящее время можно считать доказанным, что как при коррозии металла, так и при ее ингибировании определяющую роль играет поверхностное комплексообразование, а наиболее перспективными ингибиторами являются хелатообразующие реагенты [8,9,10].
К соединениям этого класса относятся бисфосфонаты, из которых наиболее известной является 1 -гидроксиэтилиден-1,1 -дифосфоновая кислота, в русскоязычных источниках она сокращенно обозначается как ОЭДФ
Благодаря специфической стереохимии и взаимному влиянию фосфоновых (-РО3Н2) фрагментов это соединение приобретает ряд уникальных свойств, одним из которых является возможность образования при определенных условиях малорастворимых соединений, имеющих полимерное строение.
Способность ОЭДФ образовывать малорастворимые комплексы с Са2+ снижает стабильность ее растворов в жесткой воде.
ОЭДФ при комнатной температуре в зависимости от начальной концентрации (10-50 мг/л) практически полностью выводится из раствора за 7-12 суток уже при ЖCа = 2мг-экв/л (рис. 1) [11].
Рис.1. Изменение концентрации ОЭДФ во времени.
Цинковый комплекс ОЭДФ более устойчив чем комплекс ОЭДФ с Са2+, поэтому потери его в тех же условиях значительно ниже. Однако при увеличении кальциевой жесткости воды стабилизирующее действие цинка на ОЭДФ снижается и при ЖCа =18 мг-экв/л потери ОЭДФ из композиции ОЭДФ+Zn2+ превышают 50% (рис.2).
Cтраницы: 1 | 2 | 3 | читать дальше>>