Д.т.н.
Ю.В. Балабан-Ирменин,
заведующий лабораторией «Водно-химического режима и коррозии систем
теплоснабжения и оборотного охлаждения»,
Н.Г. Фокина, научный сотрудник,
Всероссийский теплотехнический институт, г. Москва;
.Н. Спирин, главный инженер,
Л. И. Правдина, начальник химической лаборатории,
ОАО «Новомосковская ГРЭС», г. Новомосковск, Тульская область
Внутренняя
коррозия является важным фактором, во многом определяющим надежность передачи
тепла. С ней связано 28% всех повреждений трубопроводов тепловых сетей [1 ]. В
то же время процессы внутренней коррозии влияют и на качество воды, подаваемой
от теплоисточника к потребителю. В соответствии с Правилами технической
эксплуатации [2] содержание железа в сетевой воде не должно превышать 0,5
мг/дм3 для закрытых систем теплоснабжения и 0,3 мг/дм3 — для открытых.
Повышенное содержание железа может влиять и на органолептические свойства воды
(цветность, мутность и т.п.), регламентируемые санитарными нормами [3].
Зачастую единственным способом борьбы с внутренней коррозией и, соответственно,
с нарушениями норм качества питьевой воды является применение эффективных
ингибиторов коррозии. Это иллюстрирует приведенный ниже пример.
Длительное
время теплоснабжение г. Новомосковска (Тульской обл.) осуществлялось с помощью
котельных. Система теплоснабжения города открытого типа. Было принято решение
об обеспечении теплом южной части города от Новомосковской ГРЭС (НГРЭС). Схема
присоединения системы теплоснабжения города к трубопроводам НГРЭС —
независимая. Тепло передается с помощью пластинчатых теплообменников. Подпитка
системы города осуществляется обратной сетевой водой НГРЭС. Для подачи в город
горячей воды и возврата обратной воды на НГРЭС необходимо было связать ее с
городом с помощью двух трубопроводов длиной около 15 км. Частично для этого были использованы трубопроводы длиной 9 км, находившиеся в простое около 8 лет, которые ранее использовались для теплоснабжения предприятий. Дополнительно
были смонтированы новые отрезки трубопроводов.
Подача
горячей воды в город началась в октябре 2005 г. Водоподготовка подпиточной воды теплосети на НГРЭС включает в себя последовательно: осветлители (известкование и
коагуляция), механические фильтры, подкисление серной кислотой, частичное
натрий-катионирование (натрий-катионированию подвергается половина потока).
Далее подпиточная вода поступает на бактерицидную обработку (ультрафиолетовое
облучение) и проходит деаэрацию. В качестве исходной используется вода
водохранилища.
На первом
этапе подача серной кислоты на подкисление подпиточной воды регулировалась
вручную, поэтому величина pH прямой сетевой воды поддерживалась в довольно
широком диапазоне 8,3-9. Концентрация кислорода в подпиточной воде находилась
на уровне 10 мкг/дм3. Концентрация соединений железа в прямой сетевой воде на
входе в городскую систему была постоянно выше допустимого уровня и иногда
достигала 3,2 мг/дм3. Органолептические свойства воды были значительно хуже
нормы.
Одной из
причин низкого качества воды считалось наличие значительного количества
желе-зоокисных внутритрубных отложений на старом участке трубопровода. Поэтому
летом 2006 г. была проведена очистка труб установкой, создающей давление воды
до 600 атм. Качество очистки было оценено как хорошее, но и после очистки
содержание железа в воде у потребителя было высоким (до 2,4 мг/дм3).
Органолептические свойства воды не улучшились.
На первом
этапе эксплуатации теплосети причиной ухудшения органолептических показателей
были старые внутритрубные отложения, которые при длительном контакте с воздухом
во время простоя изменили свой состав и структуру. В результате слой отложений
стал рыхлым и соединения железа переходили из отложений в протекающую по трубе
воду. В то же время слой продуктов коррозии всегда в определенной степени
защищает металл от равномерной коррозии [4], поэтому после очистки отложений
усилился процесс собственно коррозии с выходом соединений железа в сетевую
воду.
Для улучшения
ситуации в сентябре 2006 г. подкисление подпиточной воды было отменено. При
этом величина pH сетевой воды у потребителя стала выше 10 и через 10 дней
концентрация железа уменьшилась с 2,56 мг/дм3 до 0,15 мг/дм3 (табл. 1).
В дальнейшем
подпитка теплосети осуществлялась известкованной водой без подкисления.
Содержание железа, мутность, цветность воды не превышали норму.
Однако
величина pH сетевой воды в данном случае значительно превышала норму для
питьевой воды (pH=9). Необходимо было понизить величину pH сетевой воды. Но,
исходя из имеющегося опыта, это было возможно только при использовании
ингибитора коррозии. Для подбора ингибитора коррозии были проведены стендовые
исследования на установке и по методике, разработанной ВТИ[5]. Эксперименты
проводились на воде НГРЭС при температуре 90 ОC и содержании кислорода в воде
40-50 мкг/дм3. Деаэрация производилась с помощью продувки аргоном. Величина pH
регулировалась продувкой воды смесью азот — углекислый газ. Скорость движения
воды, создаваемая на поверхности цилиндрического вращающегося электрода,
соответствовала скорости в трубе около 1 м/с.
В результате
проведения экспериментов было показано, что эффективная защита от коррозии в
сетевой воде НГРЭС создается при применении реагента АФОН 230-23А при концентрации
около 4 мг/дм3. Данный реагент является раствором цинкового комплекса
динатриевой соли 1 -гидро-ксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ-цинк)
производства ОАО «Химпром» (г. Новочебоксарск). Реагент имеет разрешение на
применение в питьевой воде с концентрацией 4 мг/дм3.
Перед
внедрением указанного выше реагента на НГРЭС была смонтирована установка
дозирования реагента, позволяющая автоматически поддерживать постоянную
концентрацию ингибитора в подпиточной воде теплосети.
Была
автоматизирована также установка подкисления подпиточной воды с целью
уменьшения диапазона изменения величины pH подпиточной воды в процессе
эксплуатации.
Обработка
сетевой воды реагентом была начата в феврале 2008 г. при значении pH=9,3. Это было сделано с целью максимально сохранить структуру оксидных пленок
на внутренней поверхности труб, которая сформировалась ранее почти за 1,5 года
работы при высоких pH.
Концентрация
ингибитора в прямой сетевой воде на начальном этапе поднималась медленно и
относительно стабилизировалась только через 10 дней. Это было связано с
адсорбцией ингибитора на отложениях и металле [6]. Через 10 дней величина pH
сетевой воды была снижена до санитарных норм. Концентрация соединений железа не
превышала нормы.
Необходимо
отметить, что темп роста концентрации ингибитора в обратной сетевой воде в
связи с адсорбцией реагента отставал от темпа роста в прямой сетевой воде.
Некоторое увеличение концентрации реагента в обратной сетевой воде продолжалось
и после стабилизации его концентрации в прямой сетевой воде.
Сравнение
водно-химического режима системы теплоснабжения НГРЭС в различных ситуациях при
практически неизменном качестве воды по коррозионно-агрессивным ионам (SO42–=50-60 мг/дм3, Cl–=10-12 мг/дм3) показало следующее
(табл. 2).
Содержание
железа в сетевой воде является основным оперативным показателем,
характеризующим интенсивность коррозионных процессов в тепловой сети. Таким
образом, полученные данные показывают, что с точки зрения замедления коррозии
применение ингибиторов при pH менее 9 эквивалентно повышению pH деаэрированной
воды до величины 10-10,5, которое как высокоэффективное решение применяется в
теплосети закрытого типа г. Москвы [7].
Необходимо
добавить, что рассматриваемый реагент является антинакипином, поэтому его
использование позволило исключить использование Na-катионирования
в системе подготовки подпиточной воды теплосети от НГРЭС. Соответственно
уменьшились затраты НГРЭС на замену катионита для натрий-катионитовых фильтров,
используемых для подготовки воды теплосети, и на реагенты для регенерации этих
фильтров.
Литература
1. Рыженков В.А. О повышении эффективности
эксплуатации отечественных систем теплоснабжения в современных условиях. Сб.
«Проблемы теплофикации. Опыт и перспективы» М.: ОНТИ ВТИ, 2006. С.18-26.
2. Правила технической эксплуатации электрических
станций и сетей РФ. Санкт-Петербург, ДЕАН, 2003. — 332 с.
3. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству
воды централизованных систем питьевого водоснабжения. СанПиН 2.1.4.1074-01.
4. Коррозия и защита химической аппаратуры / под ред.
А.М. Сухотина. Л.:Химия. 1970. — Т. 3.
5. Балабан-Ирменин Ю.В., Липовских В.М., Рубашов А.М.
Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей. М.:
Энергоатомиздат, 1999. -244 с.
6. Балабан-Ирменин Ю.В., Фокина Н.Г. Исследование
ингибиторов внутренней коррозии теплопроводов с деаэрированной сетевой водой //
Электрические станции. 2007. № 7. С.37-43.
7. Балабан-Ирменин Ю.В., Липовских В.М., Рубашов А.М.
Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей. 2-е издание.
Переработанное, дополненное — М.: Издательство «Новости теплоснабжения», 2008.
— 288 с.
