к.т.н. С.А. Потапов, директор, ООО «Инженерно-технологический центр ОРГХИМ», г. Казань
В настоящее время в системах теплоснабжения как альтернатива умягчению воды все более широко применяются антинакипины (ингибиторы накипеобразования). Наиболее широкое применение получили фосфоновые соединения (фосфонаты), но необходимо четко представлять, что возможность их применения имеет целый ряд ограничений.
Область применения антинакипинов
К сожалению, экономические реалии таковы, что Россия в XXI век вступила очень бедной, но крайне расточительной страной. Энергоемкость экономики России в 3 раза выше энергоемкости мировой экономики. Нерациональное использование энергоресурсов по разным оценкам составляет от 500 до 800 млн т.у.т. или более 2/5 всего объема потребления первичных энергетических ресурсов. При этом надежность российских систем теплоснабжения в 2,5 раза ниже, чем в европейских странах, 46% подземных трубопроводов требуют замены, 105 сетей находится в аварийном состоянии, на каждые 100 км тепловых сетей ежегодно регистрируется 70 повреждений [1]. Причем, по данным ВТИ доля повреждений от внутренней коррозии составляет около 25% общей повреждаемости [2].
Все это в значительной степени является следствием того, что традиционные методы обработки подпитанной воды систем теплоснабжения (умягчение воды натрий-катионированием с последующей деаэрацией) из-за своего технического и технологического несовершенства, а также, зачастую, из-за низкого уровня технической эксплуатации не обеспечивают должную защиту водогрейных котлов и тепловых сетей от накипеобразования и коррозии.
В условиях крайнего дефицита у предприятий средств на содержание, ремонт и модернизацию оборудования систем теплоснабжения необходим такой метод обработки воды, который позволит решить задачу ингибирования накипеобразования и коррозии при максимально возможном упрощении и удешевлении избираемых средств.
В настоящее время в системах теплоснабжения как альтернатива умягчению воды все более широко применяются антинакипины (ингибиторы накипеобразования). Существующие органические антинакипины (комплексоны) представляют собой, как правило, полимеры, содержащие анионные, катионные или неиногенные функциональные группы типа карбоновых, гидроксильных, сульфоновых, фосфоновых и т.д. [3]. Наиболее широкое применение получили фосфоновые соединения (фосфонаты).
Впервые фосфоновые соединения как антинакипины были применены Урал ВТИ в середине 70-х годов в оборотных системах охлаждения для предотвращения осаждения карбоната кальция в трубках конденсаторов [4, 5].
В настоящее время в системах теплоснабжения в основном используются реагент ПАФ-13А, оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФК), ингибитор отложения минеральных солей (ИОМС) и их цинковые комплексы ОЭДФ-Zn и ИОМС-Zn, причем цинковые комплексы являются еще и эффективными ингибиторами коррозии. Характеристики их приведены в [6, 7].
Несмотря на высокую, подтвержденную опытом промышленного применения, эффективность фосфонатов, нередко применение их приводит к отрицательным последствиям (забивание теплообменных трубок сетевых подогревателей и водогрейных котлов карбонатом кальция и окислами железа). Особенно это характерно для тех случаев, когда внедрением занимаются предприятия собственными силами, либо мелкие фирмы без учета условий конкретного объекта.
Для разработчиков технологий стабилизации воды перечисленными фосфонатами в виде индивидуальных продуктов необходимо четко представлять, что возможность их применения имеет целый ряд ограничений.
А. Химический состав воды и температура нагрева.
В соответствии с ПТЭ [8] параметром, нормирование которого позволяет ограничивать интенсивность кальциево-карбонатного накипеобразования на уровне, не превышающем 0,1 г/(м2×ч), является карбонатный индекс Ик, равный произведению концентрации катионов кальция Са2+ (мг-экв/кг) на общую щелочность Що (мг-экв/кг).
Имеющийся в настоящее время промышленный опыт, относящийся в основном к ОЭДФК и ИОМС, а также данные изготовителя этих реагентов показывают, что существует режим с эффективностью ингибирования накипеобразования до 95%, который может быть обеспечен при определенных соотношениях между значениями Ик и температуры нагрева воды в сетевых подогревателях [9, 10]:
t,0 С
100
120
130 Ик, (мг-экв/кг)2
10-13
7-9
4-6
Для ПАФ-13А карбонатриевый индекс не должен превышать 8 (мг-экв/кг)2
Б. Значение теплового потока и температуры поверхности труб котла.
Известно, что в трубах водогрейных котлов существует гидравлическая и температурная разверки, которые способствуют возникновению поверхностного кипения воды в наиболее теплонапряженных трубах котла.
Поверхностное кипение, сопровождаемое интенсивным накипеобразованием, возникает при определенном сочетании режимных параметров: расход воды через котел, тепловая нагрузка котла, температура и давление воды за котлом.
Обобщая промышленный опыт использования фосфонатов (ОЭДФК и ИОМС), научно-технический совет РАО «ЕЭС России» (протокол №26 от 22.11.93 г.) рекомендовал ограничить область их применения пределами:
— температура воды на выходе из водогрейного котла — не более 110 °С;
— температура воды на выходе из бойлера — не более 130 °С;
— карбонатный индекс сетевой воды — не более 8 (мг-экв/кг)2;
— значения показателя рН сетевой воды — не более 8,5.
При этом необходимо обязательно соблюдать требования ПТЭ по антикоррозионной обработке воды.
Поэтому для исходной воды общей щелочностью более 3 мг-экв/кг рекомендуется следующая схема обработки подпиточной воды: подкисление серной кислоты для снижения щелочности, декарбонизация, введение антинакипина, деаэрация [11]. Все это требует монтажа дополнительного громоздкого оборудования кислотного хозяйства, что в условиях действующих котельных крайне затруднительно.
Антинакипин для жесткой воды
Для расширения области эффективного применения фосфонатов в качестве антинакипинов специалистами Центра в 1995 году создана Композиция ККФ (ККФ), предназначенная для предотвращения одновременно и накипеобразования и коррозии в системах теплоснабжения при подпитке их жесткой (очень жесткой) недеаэрированной водой.
Композиция ККФ создана на основе отечественных реагентов, является многокомпонентной и состоит из органических фосфоновых кислот, их фосфонатов и синергетических добавок органических и неорганических веществ.
Товарный продукт поставляется в виде двух растворов, которые при приготовлении рабочего раствора смешиваются в соотношении 1:1.
В 1995-1996 гг. были проведены опытно-промышленные испытания ККФ в закрытых системах теплоснабжения с котлами малой мощности НР-18, НР-20 и температурным режимом 70/95 0C, при подпитке очень жесткой (Ж=23 мг-экв/кг), недеаэрированной водой. Во всех случаях были получены положительные результаты. ККФ не только эффективно подавляет карбонатное, сульфатное, силикатное и железоокисное накипеобразование, но одновременно ингибирует и процессы коррозии.
В последующие годы с постоянным увеличением масштабов подобные работы проводились на водогрейных котлах средней мощности (ТВГ-8, реконструированные ДКВР-10, ПТВМ-30) при температурных режимах 70/115 0С и 70/130 0С.
Жесткость исходной воды для этих котельных составляла 12-25 мг-экв/кг, а карбонатный индекс 50-90 (мг-экв/кг)2. Доза ККФ поддерживалась на уровне 2-6 мг/л. Общие итоги этих работ были положительными, хотя в отдельных случаях в котлах ДКВР-10 наблюдалось накипеобразование, связанное прежде всего с нарушением режима дозирования композиции.
В это же время Композиция ККФ была успешно применена для стабилизации жесткой питательной воды паровых котлов ДКВР-6/13. Нормы водно-химического режима согласованы ОАО «Бийскэнергомаш».
В 1998-1999 гг. аналогичные исследования были выполнены для системы теплоснабжения с открытым водоразбором. Технология обработки воды композицией обеспечила надежную работу водогрейных котлов ПТВМ-30 при карбонатном индексе сетевой воды 45-52 (мг-экв/кг)2. Скорость коррозии металла снизилась с 0,36 г/(м2 × ч) до 0,03 г/ (м2 × ч).
Характер коррозионного процесса стальных трубопроводов тепловых сетей оценивается в зависимости от линейной скорости коррозии [12].
Характер коррозионного процесса
Практически отсутствуетСлабыйСреднийСильныйАварийныйСкорость коррозии, мм/год
0-0,02
0,02-0,04
0,04-0,05
0,05-0,2
Более 0,2
Cтраницы: 1 | 2 | читать дальше>>