Опыт ингибирования коррозии в недеаэрированной воде систем теплоснабжения

Размещено на http://allbest.ru

Опыт ингибирования коррозии в недеаэрированной воде систем теплоснабжения

К.т.н. С.А. Потапов, ООО «ИТЦ ОРГХИМ», г. Казань;

Г.М. Егоров, МУП «ТЭЦ-1», г. Йошкар-Ола;

С.М. Лесной, ГУП «СКТЭК», г. Ставрополь;

А.М. Меламед, МУП «ПТС», г. Зеленодольск

Печальный опыт последних отопительных сезонов показал, что наименее надежным звеном систем теплоснабжения является транспорт тепла.

В среднем по России на каждые 100 км тепловых сетей ежегодно регистрируется до 70 повреждений. Это регистрируется, а фактическое количество повреждений значительно выше.

Основной причиной повреждений тепловых сетей является коррозионное разрушение металла труб, причем более 25% всех повреждений связано с внутренней язвенной коррозией.

Все это является следствием многолетнего применения устаревших конструкционных материалов, технического и технологического несовершенства применяемых методов обработки воды, а также зачастую из-за низкого уровня технической эксплуатации.

Подготовка подпиточной воды систем теплоснабжения в общем случае включает следующие стадии обработки воды:

а) удаление из воды катионов накипеобразователей умягчением или обессоливанием воды;

б) удаление из воды агрессивных газов О₂ и СО₂ атмосферной, вакуумной или химической деаэрацией.

В североевропейских странах, Германии и США водоподготовка содержит дополнительную стадию коррекционной обработки воды.

Коррекционная обработка включает подщелачивание воды до рН = 9-10 и ввод ингибитора коррозии. При этом достигается снижение скорости коррозии до 0,003-0,005 мм/год, а стоимость обработки 1 м³ воды составляет 11 -26 долл. США.

В отечественной практике водоподготовки подпиточной воды систем теплоснабжения промышленной и коммунальной теплоэнергетики коррекционная обработка воды практически не применяется.

Противокоррозионная обработка воды сводится к вакуумной или в лучшем случае к атмосферной деаэрации.

Вакуумные деаэраторы установлены в 40% закрытых систем теплоснабжения и более чем в 70% открытых систем.

В соответствии с ГОСТ 16860-88 содержание кислорода в воде за атмосферным деаэратором должно быть не более 20 мкг/кг, а за вакуумным деаэратором не более 50 мкг/кг.

В соответствии с ПТЭ [1] содержание кислорода в подпиточной воде должно быть не более 50 мкг/кг, а в сетевой воде - не более 20 мкг/кг. То есть нормами предусмотрен расход 30 мкг кислорода из каждого литра воды на коррозию металла. вода деаэратор ингибитор теплоснабжение

Теоретически вакуумные деаэраторы могут обеспечивать требуемую эффективность удаления только кислорода, однако на практике авторам не известно ни одного объекта, где они давали бы хорошие результаты.

По данным ВТИ [2] реальное содержание кислорода в подпиточной воде после вакуумной деаэрации в среднем на 26 мкг/кг выше нормы.

В результате скорость коррозии составляет 0,1 -0,15 мм в год и более, что соответствует сильному коррозионному процессу, а повреждаемость 1 км двухтрубной трассы за счет преимущественно язвенной коррозии составляет 0,2-0,5 повреждения за отопительный период [3, 9].

Коррозия в системах теплоснабжения является следствием протекания двух самостоятельных, но сопряженных друг с другом процессов. Анодный процесс - растворение железа в воде упрощенно описывается уравнением:

Fe-»Fe^2t + 2e^-(1).

В реальном процессе растворения важную роль играют присутствующие в воде анионы SO4²", СГ, OH^-и другие как неорганические, так и органические анионы.

Катодный процесс - восстановление кислорода в нейтральных и щелочных средах протекает по реакции (кислородная деполяризация):

О₂ + 4Н₂О + 4е -» 4 ОН^-(2).

Кислород интенсивно расходуется в процессе коррозии, причем на 1 г кислорода растворяется в общем случае 3,5 г железа.

Система анод - вода - катод является коротко-замкнутым гальваническим элементом, одна из возможных схем такого элемента изображена на рис. 1.

Исследованиями этого наиболее характерного язвенного повреждения трубопроводов теплосети, проведенными ВТИ [4], установлено, что жидкость внутри язвы имеет кислую реакцию, несмотря на щелочную реакцию сетевой воды.

Под воздействием благоприятных факторов, таких как высокая температура, присутствие в воде агрессивных газов О₂ и СО₂, низкое значение рН, повышенное содержание сульфатов, хлоридов, железа и др., язвы интенсивно развиваются и переходят в свищи.

По оценке специалистов средний износ тепловых сетей оценивается в 60-70%.

Чтобы прервать процесс старения тепловых сетей и оставить их средний возраст на существующем в настоящее время уровне, необходимо ежегодно перекладывать около 4% трубопроводов.

Стоимость строительства и приравненная к ней стоимость капитального ремонта одного километра двухтрубной тепловой сети со средним диаметром 250 мм составляет в действующих ценах около 5,3 млн руб.

В условиях крайнего дефицита у предприятий средств на содержание, ремонт и модернизацию оборудования систем теплоснабжения необходим такой метод обработки воды, который позволяет решить задачу ингибирования накипеобразования и коррозии при максимально возможном упрощении и удешевлении избираемых средств.

На наш взгляд, этим требованиям соответствует ингибитор накипеобразования и коррозии «Композиция ККФ» [5].

Композиция ККФ разработана специалистами ООО «ИТЦ ОРГХИМ» и предназначена для стабилизации жесткой (очень жесткой) недеаэриро-ванной подпиточной воды систем паро-, теплоснабжения и горячего водоснабжения (сан. эпид. заключение № 16.11.03.243.П.000696.07.03 от 08.07.2003 г.).

Под термином «стабилизация» в данной работе понимается ингибирование как накипеобразования, так и коррозии.

Стабилизация природной недеаэрированной подпиточной и сетевой воды

Композицией ККФ является технологическим решением альтернативным традиционному умягчению подпиточной воды и последующей ее деаэрации.

При обработке воды Композицией ККФ условия стабильности запишутся в виде:

Ж_пв = Ж'_СВ = Ж"_СВ;

Щ_пв - Щ'_св - Щ"_св;

Fe_пв - Fe'_CB - Fe"_CB;

O_2пв - О₂'_св - О₂"_св;

где символ «'» соответствует значению показателя до нагрева, а символ «"» после нагрева, индекс «пв» относится к подпиточной воде, а «св» - к сетевой воде.

Графически условие стабильности сетевой воды в процессе нагрева изображено на рис. 2.

Высокая эффективность Композиции ККФ для стабилизации жесткой воды с карбонатным индексом Ик = 90 (мг-экв/кг)² и более подтверждается опытом промышленного применения с 1995 года.

В данной работе приведены результаты исследований скорости коррозии на различных участках системы горячего водоснабжения (МУП «ТЭЦ-1») и закрытых систем теплоснабжения с котлами ПТВМ-100 (ГУП «СКТЭК»), а также с котлами НР-18, ТВГ-8 и сетевыми подогревателями (МУП «ПТС»).

Системы теплоснабжения работали по температурному графику 115/70 ОС (МУП «ПТС») и 130/70 ОС (ГУП «СКТЭК»). Все системы подпитывались природной недеаэрированной водой. Показатели качества исходной воды приведены в табл.1.

Скорость коррозии определялась по стандартной методике весовым методом по потере массы контрольных образцов [6]. Место установки контрольных образцов и условные обозначения указаны в табл.2.

Определенный интерес представляют результаты измерения скорости коррозии в различных системах МУП «ПТС» в течение отопительных сезонов 2000-2001 и 2001-2002 гг. (в работе принимали участие Нефедова Н.А., Торопцев К.М.).

В первый сезон подготовленные соответствующим образом дисковые контрольные образцы были установлены в котельной № 29-31 в сетевом трубопроводе до котла, а в котельной № 26 в обратном сетевом трубопроводе на входе в котельную.

Котельные работали, практически, в идентичных условиях, однако, скорость коррозии в обратном сетевом трубопроводе была получена выше, чем на входе в котел, что можно объяснить расходом Композиции ККФ на отмывку системы от имеющихся отложений и образующимся ее дефицитом в концевом участке сетевого трубопровода (рис. 3).

Поверхность контрольных образцов, предварительно очищенная до голого металла, покрывается равномерной защитной пленкой от кирпичного до черного цвета.

По мере формирования защитной пленки скорость коррозии постепенно снижается и стабилизируется при значениях намного ниже первоначальных. Под пленкой видимых признаков разрушения поверхности металла не обнаружено.

В последующий отопительный сезон в котельной № 29-31 контрольные образцы были установлены в 3-х точках системы теплоснабжения: на входе и выходе из котла, а также в обратном сетевом трубопроводе. Кроме того, измерялась скорость коррозии в котельных № 8 и № 12, также переведенных на новую технологию стабилизации воды.

Скорость коррозии в котельной № 29-31 до котла (Л) идеально совпала со скоростью коррозии, полученной в предыдущем отопительном сезоне. Скорость коррозии в обратном сетевом трубопроводе оставалась выше, чем до котла, но имеет тенденцию к снижению. Неожиданным, с точки зрения термодинамики коррозионных процессов, оказалось значительное снижение скорости коррозии на выходе из котла.

Объяснить это только снижением растворимости агрессивных газов О₂ и СО₂ с увеличением температуры сетевой воды не представляется возможным, поскольку пузырьки газа выделяются в первую очередь на поверхности трубопроводов и при их отрыве от поверхности за счет гидродинамических эффектов должна разрушаться защитная пленка.

Вероятно, под воздействием высоких температур, происходит активация компонентов Композиции ККФ, но это требует дополнительных исследований.

Значение скорости коррозии в котельной № 8 у контрольных образцов, установленных до котла (¦), ложатся, как бы, на продолжение этой зависимости для котельной № 29-31 (пунктирная линия). Аналогичная зависимость получена в котельной № 12 ()для значения скорости коррозии в обратном сетевом трубопроводе (пунктирная линия).

Если на результаты измерения скорости коррозии в системах теплоснабжения МУП «ПТС» наложить аналогичные результаты, полученные в системах ГУП «СКТЭК» (в работе принимала участие Михайлова И.В.) и МУП «ТЭЦ-1» (в работе принимали участие Егошин И.Н., Матвеев В.В.), то выясняется, что закономерность изменения скорости коррозии контрольных образцов в различных системах теплоснабжения при стабилизации воды Композицией ККФ имеет общий характер, а скорость коррозии, несмотря на все отличия рассматриваемых систем, устанавливается на уровне, соответствующем ее практическому отсутствию (рис. 4).

При этом по интенсивности коррозионного процесса в системах теплоснабжения при работе на недеаэрированной воде выделяются три характерных участка:

начальный участок тепловой сети со скоростью коррозии от 0,005 до 0,009 мм/год;

конечный участок тепловой сети со скоростью коррозии от 0,015 до 0,019 мм/год, которая имеет тенденцию к снижению по мере отмывки системы;

водонагреватель со скоростью коррозии около 0,01 мм/год.

Ингибирование коррозии происходит за счет формирования на поверхности металла равномерной постепенно упрочняемой защитной пленки мономолекулярной толщины.

Формирование пленки в основном завершается через 1800-2000 часов от начала испытания, дальнейшее снижение скорости коррозии и ее стабилизация происходит за счет уплотнения и упрочнения защитной пленки.

Цвет защитной пленки в зависимости от конкретных условий работы системы теплоснабжения меняется от светло-кирпичного до черного с матовым или стальным отливом.

В процессе промышленного применения Композиции ККФ выявлено органично ей присущее свойство постепенно разрушать (но не растворять) имеющиеся в системах отложения. Это свойство успешно применено для отмывки систем теплоснабжения [7].

Вырезка образцов из подающего и обратного трубопроводов системы ГВС МУП «ТЭЦ-1» показала, что поверхность трубопроводов за 2 сезона на 95% очистилась от бугристых отложений.

Удаление продуктов коррозии, покрывающих полость язвенных углублений (рис. 1) приводит к пассивации язв, а по мере формирования защитной пленки к предотвращению дальнейшего их развития.

Кроме того удаление бугристых отложений с внутренней поверхности трубопроводов приводит к снижению гидравлического сопротивления и, как следствие, к экономии затрат электроэнергии на транспорт теплоносителя [8].

В табл. 3 для сравнения приведены затраты и эффективность по некоторым методам обработки воды.

Выводы

Стабилизация природной недеаэрированной воды Композицией ККФ является технологическим решением альтернативным традиционному умягчению подпиточной воды и последующей ее деаэра ции.

Композиция ККФ является эффективным ингибитором коррозии в недеаэрированной воде и обеспечивает снижение скорости коррозии вплоть до ее практического отсутствия.

Низкое значение рН отрабатываемой воды и присутствие в ней агрессивных депассиваторов (сульфатов от 60 до 400 мг/кг и хлоридов от 7 до 30 мг/кг) не оказывают заметного влияния на эф фективность ингибирования коррозии.

Применение Композиции ККФ обеспечивает значительную экономию средств на обработку под питочной воды, транспорт теплоносителя и затрат на ремонт тепловых сетей.

В соответствии с указанием к п. 8.2.3 ПУ и БЭ паровых и водогрейных котлов и п. 4.8.3 ПТЭ ЭСиС применение Композиции ККФ в системах тепло снабжения согласовано РАО «ЕЭС России», поэтому она может быть рекомендована для широкого при менения.

Литература

Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Р.Ф. М.: СПО ОРГРЭС, 1996.

Балабан-Ирменин Ю.В., Шарапов В.И., Рубашов А.М. Влияние деаэрации подпиточной воды теплосети и типа деаэратора на внутреннюю коррозию и повреждаемость теплопроводов. //Электр. станции, 1993, № 6, с. 42-46.

С.А.Потапов, А.М.Меламед, Н.А.Нефедова, К.М.Торопцев. Композиция ККФ - эффективный ингибитор коррозии систем теплоснабжения (из опыта применения в г. Зеленодольске) // Энергосбережение в Республике Татарстан, 2001, № 2 (3), с. 38-39.

Ю.В.Балабан-Ирменин, Н.С.Ершов, В.М.Липовских и др. Влияние неоднородности поверхности трубопроводов на внутрен нюю коррозию в теплосети//Электрические станции. 1990, № 5, с. 37-42.

С. А. Потапов. Предотвращение накипеобразования и коррозии в системах теплоснабжения при работе на жесткой недеаэри рованной воде, стабилизированной Композицией ККФ //Ново сти теплоснабжения, 2002, №3(19), с. 40-43.

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

М.К.Антипин, Б.Б.Костылев. Эксплуатационная отмывка систем теплоснабжения от отложений Композицией ККФ // Энер госбережение в Республике Татарстан, 2002, № 3-4 (8-9), с. 77-80.

С. А. Потапов. Экономия электроэнергии в системах теплоснаб жения // Энергосбережение в Республике Татарстан, 2002, № 3-4(8-9), с. 54-57.

Балабан-Ирменин Ю. В. Новые подходы к оценке интенсивности внутренней коррозии металла трубопроводов тепловых сетей. //Теплоэнергетика, 2001, №6, с. 77-80.

Размещено на Allbest.ru