Потапов С. А. к. т. н.,
ООО «ИТЦ ОРГХИМ», г. Казань
Во всем мире проблема образования отложений в технологическом и теплообменном оборудовании, а также в трубопроводах весьма актуальна и отражена в 5-й и 6-й рамочных программах Евросоюза с выделением 1.6-2.1 млрд.евро в год (до 14 % бюджета).
Для предотвращения образования различного рода отложений разработано более 40 методов, реализуемых воздействием на рабочие жидкости или теплообменные поверхности. Эти методы можно условно разделить на три основные группы:
- реагентные (физические, химические и физико-химические);
- безреагентные (механические, физические и физико-механические);
- комплексные.
Наиболее перспективными методами предотвращения накипеобразования являются физико-химические и в первую очередь – обработка воды соединениями на основе фосфоновых кислот (фосфонатами).
Эти соединения благодаря специфической стереохимии обладают рядом свойств, с одной стороны определяющих высокую экономическую эффективность этих реагентов, с другой – в значительной мере ограничивающих область эффективного их применения. К первым относится уникальная способность фосфонатов при незначительном расходе (1-20 мг/л) резко изменять условия образования зародышей кристаллов солей накипеобразователей, полностью прекращать или существенно замедлять рост кристаллов, а также изменять кристаллическую структуру растущих кристаллов. Изменение кристаллического типа солей накипеобразователей затрудняет закрепление и рост зародышей кристаллов на поверхности нагрева.
Затраты на обработку воды фосфонатами в 10-30 раз ниже, чем при традиционном умягчении воды.
В практике теплоснабжения для ингибирования накипеобразования (InS) широкое применение нашли 1-гидроксиэтилиден-1.1-дифосфоновая кислота, в русскоязычных источниках она сокращенно обозначается как ОЭДФ, нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ), ингибитор отложения минеральных солей (ИОМС-1), их цинковые комплексы и другие реагенты. Причем цинковые комплексы фосфонатов, например Na2ZnОЭДФ, при определенных условиях проявляет свойства ингибиторов коррозии (InC).
При практическом применении этих реагентов необходимо четко представлять, что фосфонаты ингибируют практически только кальциевокарбонатное накипеобразование, но не ингибируют отложения соединений железа [1]. Более того, при содержании в воде железа более 0.5 мг/кг эффективность фосфонатов существенно снижается [2, 3]. Кроме того, область эффективного применения фосфонатов в значительной степени ограничена накипеобразующими свойствами воды из-за возможности образования малорастворимых соединений, имеющих полимерное строение [4].
С учетом этих ограничений не рекомендуется применение фосфонатов в системах с жаротрубными котлами и c переведенными на водогрейный режим паровыми котлами [5]. Во всех случаях применения фосфонатов необходимо выполнение антикоррозионных мероприятий.
Выбор ингибиторов коррозии (InC) для систем теплоснабжения и особенно горячего водоснабжения в настоящее время весьма ограничен. При их выборе необходимо исходить, как минимум их трех показателей: стоимости, эффективности и токсичности. По показателям токсичности наиболее предпочтительным является цинковый комплекс ОЭДФ (Zn ОЭДФ), предельно допустимая концентрация которого для систем ГВС составляет 5 мг/кг.
Фундаментальные исследования цинкового комплекса ОЭДФ как ингибитора коррозии выполнены в Институте физической химии РАН Кузнецовым Ю. И. с сотрудниками. [6-8] В промышленных масштабах ZnОЭДФ до последнего времени применялся в качестве ингибитора накипеобразования и коррозии (Insc) в основном в водооборотных системах охлаждения [2,3,9,10] и, по данным [11], в системах горячего водоснабжения. Проведенными исследованиями установлено:
В соответствии с [12] характер коррозионного процесса стальных трубопроводов тепловых сетей оценивается в зависимости от линейной скорости коррозии (табл. 1). 
На наш взгляд эффективным ингибитором коррозии (Inc) может считаться тот Inc, 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.
Промышленные испытания ZnОЭДФ в системах теплоснабжения были впервые проведены ВТИ совместно с ООО «Экоэнерго» на системе теплоснабжения ТЭЦ-2 г. Ростов- на-Дону. Система подпитывалась умягченной деаэрированной водой с высоким содержанием агрессивных ионов: сульфатов до 360 мг/кг и хлоридов до 230 мг/кг [13]. По данным ООО «Экоэнерго» [14] при содержании цинкового комплекса в пределах 5 мг/л скорость коррозии составляла 0,068 мм/год, что соответствует сильному коррозионному процессу (табл.1) , т.е. необходимая степень защиты от коррозии не обеспечивается.
Таким образом, область эффективного применения фосфонатов в виде индивидуальных продуктов в значительной степени ограничена действием разнонаправленных факторов: физико-химические свойства обрабатываемой воды, температурный и гидродинамический режим работы системы теплоснабжения и т. д.
Не случайно в последнее десятилетие усилия специалистов направлены на поиск и разработку новых, экологически чистых и более эффективных ингибиторов [15-17]. При этом выделяются три основных направления:
- Первое состоит в целенаправленном изменении химической структуры фосфоновой кислоты для придания ей или ее комплексам с нетоксичными металлами высокой защитной способности.
- Второе связано с созданием реагентов и композиций многоцелевого назначения для одновременного подавления солеотложений, кислородной и электрохимической коррозии, биологических обрастаний в системах охлаждения и теплоснабжения.
- Третье – создание термостабильных реагентов и композиций для паровых котлов с целью полной или частичной замены Na-катионирования.
Для устранения недостатков, присущих вышеперечисленным реагентам, специалистами ИТЦ «ОРГХИМ» в 1994 году на основе цинкового комплекса ОЭДФ и синергетических добавок неорганических и органических веществ создан ингибитор накипеобразования и коррозии – Композиция ККФ. Композиция ККФ предназначена для стабилизации жесткой (очень жесткой) недеаэрированной подпиточной воды систем паро-, теплоснабжения и горячего водоснабжения (сан. эпид. заключение №16. 03. 243 П. 000696. 07. 03 от 08. 07. 2003 г.). Под термином «стабилизация» в данной работе понимается ингибирование как накипеобразования, так и коррозии.
В 1995-1996 г. г. были проведены опытно-промышленные испытания ККФ в закрытых системах теплоснабжения, работающих по температурному графику 95/750С, с котлами малой мощности (НР-20) при подпитке очень жесткой (Ж=23 мг-экв/кг), недеаэрированной водой [16].
В последующие годы с постоянным увеличением масштабов подобные работы проводились на водогрейных котлах средней мощности (ТВГ-8, ПТВМ-30) при температурных режимах 115/700С и 130/700С. Жесткость исходной воды для этих котельных составляла 12-25 мг-экв/кг, а карбонатный индекс Ик -50.90 (мг-экв/кг)2. В 1998-1999 г.г. аналогичные исследования были проведены для системы теплоснабжения с открытым горячим водоразбором. Стабилизация подпиточной воды Композицией ККФ обеспечила надежную работу водогрейных котлов ПТВМ-30 при карбонатном индексе 45-52 (мг-экв/кг)2 [18].
В это же время отрабатывались предельные режимные и эксплуатационные параметры процесса стабилизации воды в системах отопления с котлами ДКВР-10/13, переведенными на водогрейный режим работы, при подпитке систем водой с жесткостью до 15 мг-экв/кг [Ик до 50 (мг-экв/кг)2].
Все известные схемы перевода котлов ДКВР на водогрейный режим имеют целый ряд недостатков, способствующих развитию накипеобразования:
- высокая температурная и гидравлическая неравномерность (разверка) между трубами котла;
- наличие застойных зон в барабанах;
- экранирование потолка топки слабонаклоненными экранными трубами в виде шатра, а также наличие гибов и практически горизонтальных участков труб в конвективном пучке;
- наличие участков с опускным движением воды.
В этих условиях особенно важно определение в процессе наладки комплексонного водно- химического режима (КВХР) и соблюдение в процессе эксплуатации ряда режимных и эксплуатационных требований.
Накопленный опыт позволил в отопительный сезон 2002-2003 гг. реализовать КВХР в системе отопления с котлами ДКВР-20/13[18].
Во всех случаях выводились из работы существующие установки умягчения воды и последующей ее деаэрации, в связи с чем резко сокращались материальные затраты на обработку подпиточной воды и загрязнение водоемов засоленными сточными водами.
В отопительный сезон 2003-2004 гг. Композиция ККФ была успешно применена для предотвращения железоокисного накипеобразования на станции перегретой воды ОАО «Камаз- Дизель» с жаротрубными котлами ВК-Г-4,0.
Cтраницы: 1 | 2 | читать дальше>>