К.т.н. САЛотапов, директор, ООО «Инженерно-технологический центр ОРГХИМ», г. Казань

 В настоящее время в системах, теплоснабжения как альтернатива умят-чению воды асе более широко применяются антинакипины (ингибиторы накипеобразования). Наиболее широкое применение получили фосфоно-вые 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, множество сетей находятся 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-2п и ИОМС-2п, 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/(м -ч), является карбонатный индекс И_к, равный произ­ведению концентрации катионов кальция Са (мг-экв/кг) на общую щелочность Щ_а (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 И_к и температуры нагрева воды в сетевых подогрева­телях [9, 10]:

Характер коррозионного процесса	Практически отсутствует	Слабый	Средний	Сильный	Аварийный
Скорость коррозии, мм/год	0-0,02	0,02-0,04	0,04-0 г05	0,05-0,2	Более 0,2

 

Ик, (мг-экв/кг)

100       120       130 10-13    7-9      4-6

Для ПАФ-13А карбонатный индекс не должен превышать 8 (мг-экв/кг)

5. Значение теплового потока и температуры поверхности труб котла.

Известно, что 6 трубах водогрейных котлов су­ществует гидравлическая и температурная раз-верки, которые способствуют возникновению поверхностного кипения воды в наиболее теплона-пряженных 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) ;
• 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: подкисле-ние серной кислотой 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 накипеоб-разования и коррозии в системах теплоснабже­ния при подпитке их жесткой (очень жесткой) не-деаэрированной 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 °С, при подпитке очень жесткой (Ж=23 мг-экв/кг), недеаэ-рированной 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 °С и 70/130 °С.

Жесткость исходной воды для этих котельных составляла 12-25 мг-экв/кг, а карбонатный ин­декс 50-90 (мг-экв/кг) . 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/(м³ ■ ч) до0,03г/(м²ч)₊

Характер коррозионного процесса стальных трубопроводов тепловых сетей оценивается в за­висимости от линейной скорости коррозии [12]. (см. нижеприведенную таблицу,)

способами обработки воды.

Способ обработки воды	Номер котельной, системы теплоснабжения	Время экспозиции образцов, час	Скорость коррозии, мм/год
1. Умягченная вода, вакуумная деаэрация, содержание растворенного кислорода 0,05-0,1 мг/кг	ЦТП №1	8640	0,15
	ЦТП №2	8640	0,1
II. Электрохимическая защита с растворимыми магниевыми анодами типа "Экран", жесткая недеазрированная вода, содержание растворенного кислорода 2,6-2,8 мг/кг	КРПТ №3	1080	0,17
		4320	0,23
	КРПТ №7         :	2160	0,47
		3240	0,52
	кв.22А	720	0,46
		4320	0,67
III. Жесткая недеазрированная вода, стабилизированная Композицией ККФ, содержание растворенного кислорода 2,6-2,8 мг/кг	№26	1440	0,048
		2520	0,04
		3660	0,033
		5040	0,024
	№ 29-31	1440	0,025
		2520	0,0135
		4320	0,01
		5040	0,009

 

Зеленодольским ГУП тепловых сетей (Татар­стан, в работе принимали участие А.М.Меламед, Н.А.Нефедова, К.М.Торопцев) в отопительный се­зон 2000-2001 гг, были проведены полномас­штабные исследования скорости коррозии в сис­темах теплоснабжения с различными способами обработки воды. Скорость коррозии определя­лась по стандартной методике [13] гравиметри­ческим методом по потере массы контрольных стальных образцов, подготовленных соответству­ющим образом и установленных в сетевых трубо­проводах систем теплоснабжения. Результаты исследований представлены в табл. 1.

Как правило вакуумные деаэраторы теорети­чески могут обеспечить требуемую эффектив­ность удаления только по кислороду, однако на практике на сегодняшний день не известно ни одного объекта, где они давали бы хорошие ре­зультаты.

Как видно из табл, 1, композиция ККФ не про­сто снижает скорость коррозии, а глубоко подав­ляет коррозионные процессы.

Осмотр образцов показал, что их поверхность покрыта тонкой равномерной пленкой черно-бу­рого цвета. Под пленкой на поверхности образцов не было обнаружено никаких признаков разруше­ния. По мере формирования защитной пленки скорость коррозии постепенно снижается вплоть до ее практического отсутствия».

В общем случае коррозия стали в воде обус­ловлена электрохимической реакцией, при кото­рой на поверхности металла протекает два сопря­женных процесса - анодный и катодный.

В отличие от силикатных, фосфатных, нитрит-ных и др. ингибиторов коррозии Композиция ККФ тормозит одновременно и анодный и катодный процессы за счет образования на поверхности ме­талла защитной железо-цинк-фосфонатной плен­ки. Причем от физико-химических показателей об­рабатываемой воды зависит не эффективность ингибирования коррозии, а цвет защитной пленки.

ТГВ-8М, Ж-23 мг-экв/кг О =0.5-1,5 мг/кг

Как показали рентгенографические исследо­вания, железо входит в состав защитной пленки в виде гематита а - РезОз и частично в виде магне­тита Ре₃Оф которые и придают защитной пленке цвет от красного до черного.

Присутствие в защитной пленке в основном железа в виде Ре₂0₃ не ухудшает теплопередачу.

Многолетний опыт практического применения Композиции ККФ выявил еще одно ее неоспори­мое преимущество - постепенное разрушение имеющихся в котлах и сетях отложений.

Таким образом, накопленный опыт освоения нового метода водоподготовки и организации водно-химического режима систем теплоснабже­ния на основе Композиции ККФ позволяет реко­мендовать его для широкого применения.

ЛИТЕРАТУРА

1.  ЗинатуллинР.П, Чепахин ВТ. О создании зоны энергетической эффективности в г. Зелено-дольске. Труды межрегионального симпозиу­ма «Проблемы реализации региональных це­левых программ энергосбережения». - Ка­зань, 2001. С. 53-64.

2.             Балабан-Ирменин ЮЛ. О необходимости изме­нения нормы водно-химического режима для систем централизованного теплоснабжения. -Электрические станции, 1999, №10, с. 41-44.

3.             Васина ЛЛ,, Гусева О.В. Предотвращение на-кипеобразования с помощью антинакипинов.

- Теплоэнергетика, 1999, №7, с, 35-38,

4.       Применение фосфорорганических со­единений для борьбы с накипеобразова-нием в оборотных системах охлаждения // Ю.Ф< Бондарь, ВЛ.Маклокова, Р.К.Гронский и др. - Теплоэнергетика, 1976, № 1_Г с. 70-73.

5.               Методические указания по водно-хи­мическому режиму бессточных систем охлаждения(МУ 34-70-095-85). - М.: Со-юзтехэнерго, 1985.

6.               Балабан-ИрменинЮ.В., РубашовА.М., Душнов В.П. Проблемы внедрения анти­накипинов в системах теплоснабжения. -Промышленная энергетика, 1996; №4, с. 11-13.

7.  О применении комплексонатов для ан­тикоррозионной и противонакипной об­работки питательной и подпиточной воды в системах паротеплоснабжения и горя­чего водоснабжения. //А.П. Ковальчук. -Новости теплоснабжения, 2000, №1, с. 32-35.

8.  Правила технической эксплуатации электриче­
ских станций и сетей, М.; Энергоатомиздат,
1989.

9,  О некоторых особенностях внедрения антина­
кипинов в системах теплоснабжения // Бала­
бан-Ирменин Ю.В., Рубашов А,М., Думнов
ВЛ. - Промышленная энергетика, 1998, № 12,
с. 43-47.

10, Применение фосфонатов в системе водяного
отопления // Щелоков ЯМ., Мошанов А В.,
Кошкина К,А. - Промышленная энергетика,
1990, №7,с. 14-16.

11. О схемах подготовки воды для систем тепло-
водоснабжения // Щелоков ЯМ. - Промыш­
ленная энергетика. 1991 №1, с. 13-14.

12, Лапотышкина И,П., Сазонов РЛ. Водоподго-
товка и водно-химический режим тепловых се­
тей, М.: Энергоиздат, 1982, 200 с.

13. Инструкция по эксплуатации тепловых сетей.
М.': Энергия, 1972, 200 с.

 

Создание сайтов Казань Работает на UMI.CMS