Журнал «Новости теплоснабжения» № 6, 2005, www.ntsn.ru
А.В. Грубов, ГУП «Топливно-энергетический комплекс Санкт-Петербурга»
В системах теплоснабжения с характерными сезонными нагрузками часть энергетических мощностей может находиться в режиме длительного холодного резерва. При длительном нахождении в нерабочем состоянии на внутренних поверхностях различных элементов котлов могут проходить коррозийные процессы, которые могут привести в дальнейшем к авариям и снижению эффективности работы котлов. Для предотвращения стояночной коррозии котлов в эксплуатационной практике применяется консервация котлов.
В настоящее время одним из эффективных и многоцелевых способов консервации теплоэнергетического оборудования на длительный срок является способ консервации с помощью пленкообразующих аминов (ODACON-технология). Эта технология разработана специалистами России и Германии и внедрена на ТЭЦ, ГРЭС и атомных электростанциях, а также на объектах систем теплоснабжения г. Москвы.
Защитный эффект при консервации данным способом обеспечивается за счет создания на внутренних поверхностях оборудования адсорбционной молекулярной пленки консерванта, устойчивой к воздействию влаги, предохраняющей металл от воздействия кислорода, углекислоты и других коррозионно-агрессивных веществ, существенно снижающей скорость коррозионных процессов.
В коммунальной энергетике впервые в Санкт-Петербурге данный способ был применен на энергообъекте Государственного унитарного предприятия «Топливно-энергетический комплекс Санкт-Петербурга» (ГУП «ТЭК СПб»).
Объектом данного способа консервации был выбран паровой котлоагрегат ДЕ-25-14 на 3-й Фрунзенской котельной Южного филиала ГУП «ТЭК СПб». Котельная была введена в эксплуатацию в 1980 г. с установленной мощностью, обеспечивающей существующую и перспективную тепловую нагрузку близлежащих микрорайонов Фрунзенского района.
Однако в 1990-х гг. жилищное строительство было свернуто, часть установленной мощности котельной оказалась «невостребованной».
В 1993 г. котел ДЕ-25-14 был выведен из эксплуатации. Для защиты его внутренних поверхностей нагрева от стояночной коррозии применялся способ консервации щелочным раствором NaOH, а с марта 2000 г. — инертно-механическим коллоидным ингибитором. Защитная пленка, создаваемая этим ингибитором, надежно защищала поверхности нагрева от коррозии, но эффект ее сохранялся в течение непродолжительного времени (одного месяца), после чего требовалось снова проводить консервацию. Инертно-механический коллоидный ингибитор не предназначен для защиты оборудования на длительный срок.
С целью обеспечения надежной защиты котлоагрегата от стояночной коррозии на длительный срок, а также апробации нового в ГУП «ТЭК СПб» способа консервации теплоэнергетического оборудования было принято решение законсервировать котел ДЕ-25-14 октадециламином с привлечением разработчиков данного метода — специалистов ФГУП «Всесоюзного научно-исследовательского института атомного машиностроения» (ВНИИАМ), г. Москва.
После принятия решения о проведении консервации и составления рабочей программы была произведена вырезка и анализ образцов труб поверхностей нагрева экранов и конвективной части котла для оценки состояния внутренней поверхности и выбраны параметры процесса консервации (температура воды, концентрация реагента, временные характеристики) исходя из предварительного состояния котла, — величины удельной загрязненности и химического состава отложений внутренних поверхностей нагрева.
Рассмотрим некоторые физико-химические свойства октадециламина:
■ он слабо растворим в воде, но при повышенных температурах и интенсивном перемешивании образует с ней устойчивую эмульсию;
■ октадециламин является паролетучим веществом, интенсивность его перехода из воды в насыщенный пар возрастает с увеличением значения рН раствора и концентрации его в воде при низких и средних давлениях и практически не зависит от этих параметров при высоких давлениях;
■ характер сорбции октадециламина на поверхности конструкционных материалов, а следовательно, и защитные свойства формируемой пленки существенно зависят от температуры. При температурах менее 100 ОС пленка октадециламина на металлической поверхности формируется за счет физической сорбции и может быть легко удалена химическими способами. При температурах более 150 ОС пленка консерванта на поверхности металла на 90% образуется за счет химсорбции и практически не удаляется химическими растворителями. Наиболее стойкая пленка октадециламина образуется при температурах выше 250 ОС.
Удельная загрязненность котловых труб в среднем составляла 53 г/м2 и ввиду очень незначительного количества загрязнений их физико-химический состав не определялся. Химические анализы проводила аккредитованная Госстандартом России лаборатория филиала «Энергоналадка, антикор, проект» ГУП «ТЭК СПб».
Далее были проведены подготовительные мероприятия на котле и вспомогательном оборудовании персоналом котельной, а также решен ряд организационных вопросов:
■ ревизия оборудования, трубопроводов и арматуры, используемых в процессе консервации;
■ врезка штуцеров для подключения гибких шлангов установки приготовления и дозирования эмульсии октадециламина;
■ опробование электрической и механической частей системы дозирования реагента, ее опрессовка;
■ подключение системы дозирования к котлу ДЕ-25-14;
■ подготовка реактивов и рабочего места для проведения химических анализов;
■ инструктаж по охране труда всему персоналу, участвующему в консервации.
Схема проведения консервации котлоагрегата представлена на рис. 1. Установка для приготовления водной эмульсии ODACON представляла из себя бак емкостью 200 л 1, электрическую мешалку с регулируемой частотой вращения 2, насос со встроенным эжектором 3, линии рециркуляции 4 и подачи реагента 5.
18 октября 2004 г. начались работы по консервации котлоагрегата ДЕ-25-14. Отличительной особенностью консервации котлоагрегата ДЕ-25-14 в ГУП «ТЭК СПб» явилось то, что на нем не производился розжиг горелки для создания необходимой температуры, а нагрев воды и эмульсии в контуре котла осуществляли подводимым к котлу паром от парового коллектора котельной.
Работы проводились в 2 этапа: этап отмывки и этап консервации. Этап отмывки подразделялся на два подэтапа — водная отмывка поверхностей котла от реагента, оставшегося после консервации по технологии «Веокрасол» и последующая доотмывка с помощью реагента ODACON.
Во время этапа отмывки проводились следующие мероприятия: котел и контур консервации были заполнены питательной водой от деаэратора 1,2 ата, включен насос контура консервации и организована циркуляция питательной воды по контуру консервации. Водообмен контура консервации производился путем одновременного дренирования и подпитки котла. Затем была открыта арматура на трубопроводе подвода греющего пара к котлу и начат прогрев воды в контуре. Излишки теплоносителя в контуре консервации, образовавшиеся в результате конденсации греющего пара, сбрасывались в дренаж.
При достижении температуры в контуре консервации 80 ОС с целью интенсификации промывочного процесса началось дозирование эмульсии октадециламина (ODACON) в контур циркуляции и подача греющего пара была отрегулирована так, что температура в контуре поддерживалась в интервале 85±5 ОС.
После начала ввода эмульсии проводилась периодическая (через 2-3 ч.) продувка нижних точек котла для удаления шлама, образовавшегося вследствие частичной отмывки.
На этапе отмывки контролировалась прозрачность питательной воды в контуре визуально и приборным способом до достижения значения 40 см.
На этапе консервации контур циркуляции котла ДЕ-25-14 был прогрет до 90 ОС и поддерживался на этом уровне в процессе всей консервации. Во время консервации контролировались параметры прозрачности, величины рН и концентрации Fe (железа).
Критерием окончания процесса консервации являлась стабилизация концентрации октадециламина в контуре котлоагрегата.
После окончания консервации было прекращено дозирование реагента, отключена циркуляция и котлоагрегат был поставлен на естественное расхолаживание. При достижении температуры воды в контуре 70 ОС котел и контур консервации сдренировали (дренирование воды с температурой ниже 60 ОС может привести к образованию дигидрата в виде парафиновой пленки).
Дренирование осуществлялось в канализацию с соблюдением норм предельно допустимой концентрации — 0,03 мг/л и температуры сбрасываемой воды. Концентрация ODACON в контуре находилась на уровне 5-150 мг/л; величина рН -8,6-8,9. Водяной объем котла — 16,5 м3, паровой объем — 2,61 м3. Общее время консервации котла октадециламином составило 64 ч. Количество израсходованного реагента — 14 кг.
По окончании консервации была произведена вырезка образцов поверхностей нагрева для определения коррозионно-защитного эффекта (рис. 2) и по ее результатам составлен отчет.
Консервация котла ДЕ-25-14 октадециламином по оценкам специалистов ГУП «ТЭК СПб» и ФГУП «ВНИИАМ» позволила:
■ защитить от стояночной коррозии на длительный срок (до 2-х лет с возможным последующим продлением срока) внутренние поверхности нагрева котла;
■ сохранить коррозионно-защитный эффект опорожненного котла, а также под слоем воды;
■ не проводить специальных мероприятий по расконсервации;
■ обеспечить экологическую безопасность;
■ проводить ремонтные работы на законсервированном оборудовании;
■ удалить отложения солей и продуктов коррозии с поверхностей нагрева котла (эффект частичной отмывки внутренних поверхностей оборудования от образовавшихся отложений);
■ отказаться от проведения химической промывки котлоагрегата;
■ осуществить консервацию без значительных временных и трудовых затрат.
Ожидаемый экономический эффект от применения этого способа консервации на котле ДЕ-25-14 приведен в таблице.
Необходимо также учитывать работу оперативного персонала энергообъектов при ежемесячном переключении тепловых схем и повышенный износ арматуры и насосного оборудования при консервации с применением инертно механического коллоидного ингибитора.
4 апреля 2005 г. было произведено вскрытие котла ДЕ-25-14 с целью оценки эффективности проведенной консервации и определения дальнейшей возможности применения данного метода на оборудовании ГУП «ТЭК СПб». По истечении почти полугода с момента начала проведения консервации комиссией Предприятия было установлено, что образовавшаяся защитная пленка на поверхностях нагрева котла сохранила все свои сорбционные и гидрофобные свойства (оценка качества защитной пленки осуществлялась органолептическим методом). Следов кислородной коррозии не обнаружено.
Однако осмотр показал, что консервацию эффективнее проводить с включением горелок и доведением температуры консервируемой эмульсии в контуре котла до 150 ОС, т.к. в этом случае образуется более стойкая пленка октадециламина на поверхности металла, практически несмываемая водой.
В дальнейшем в ГУП «ТЭК СПб» планируется законсервировать данным способом теплоэнергетическое оборудование, выведенное в резерв или из эксплуатации на длительный срок и тем самым улучшить технико-экономические показатели работы энергообъектов. Также специалистами ГУП «ТЭК СПб» рассматривается возможность введения нового водно-химического режима энергетического оборудования с периодическим дозированием октадециламина и консервация котлоагрегатов во время их работы на прямых параметрах перед выводом в резерв.