Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей

Размещено на http://www.allbest.ru//

Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей

Балабан-Ирменин Ю.В., д.т.н.

В настоящее время протяженность тепловых сетей в России составляет более 250 тыс. км в двухтрубном исчислении. Удельная повреждаемость трубопроводов теплосети возросла до 70 повреждений на 100 км в год. По данным ВТИ в среднем 25% повреждений связано с внутренней коррозией. Внутренняя коррозия трубопроводов имеет локальный характер и проявляется в виде язв, перерастающих в свищи.

Проблемы внутренней коррозии трубопроводов теплосети длительное время не изучались. Комплекс работ, проведенных ВТИ в последние 17 лет, позволил установить, что основными водно-химическими факторами, влияющими на внутреннюю коррозию трубной стали в условиях теплосети, являются значение рН воды, концентрация в воде кислорода, сульфатов и хлоридов. Их значение и сочетание определяет агрессивность сетевой воды по отношению к металлу. Для разделения вод на коррозионно-агрессивные и коррозионно-безопасные в условиях теплосети могут быть использованы номограммы, разработанные ВТИ (номограммы - только для нормативного содержания кислорода О_{2 сетевой} = 20 мкг/дм³) [1,2].

В 1992-1993гг ВТИ был проведен опрос 147 объектов теплоснабжения по величинам повреждаемости от внутренней коррозии и параметрам водно-химического режима (ВХР) теплосети. По усредненным за 5 лет эксплуатационным данным объекты были разбиты на 3 группы со значениями рН сетевой воды ниже 8,3, 8,3-9,25 и выше 9,25. Зависимость повреждаемости от внутренней коррозии от значения рН сетевой воды показана в таблице 1.

Таблица 1

Влияние рН сетевой воды на удельную повреждаемость трубопроводов

(выборка объектов с содержанием О₂ в подпиточной воде < 50 мкг/дм³)

Из таблицы видно, что увеличение рН сетевой воды выше 9,25 приводит к резкому снижению (~ в 7 раз) повреждаемости теплосети от внутренней коррозии. При этом значительно снижается скорость накопления железа в сетевой воде, характеризующая интенсивность коррозии. Это связано с ослаблением процессов язвенной коррозии стали. При увеличении значения рН с рН<8,3 до (8,3-9,25) снижение скорости накопления железа в сетевой воде может быть связано со снижением скорости равномерной коррозии стали. При этом повреждаемость трубопроводов значительно не изменяется. Статистические данные были подтверждены результатами экспериментальных исследований ВТИ, проведенных на стендовой установке, моделирующей условия теплосети.

Режим повышенного значения рН был внедрен в теплосети Мосэнерго. Все районы переведены на рН=9,5-10,0. Первоначально такой режим был внедрен в 7-м районе московской теплосети. В результате увеличения рН до 9,8-10,0 путем известкования за 5 лет количество повреждений снизилось с 686 в 1993-94 гг до 227 в 1997-98 гг (табл.2). Такой режим может быть использован во всех закрытых системах теплоснабжения. Для открытых систем тепоснабжения режим повышенного значения рН применим с учетом того, что значение рН не должно превышать 9,0. Регулирование рН производится путем дозирования едкого натра. Необходимо регулирование дозы едкого натра в зависимости от рН. Оптимальное с точки зрения защиты от коррозии значение рН определяется экспериментально (на стендах ВТИ) в зависимости от состава воды. Увеличение рН сетевой воды более 9,0 является также эффективным способом борьбы с микробиологической коррозией.

Таблица 2

Количество повреждений трубопроводов района № 7 Тепловых сетей Мосэнерго

Для реализации режима повышенного рН ВТИ были произведены оценки различных схем ввода щелочи в подпиточную воду теплосети. Рассматривались два варианта дозирования. В первом варианте ввод щелочи осуществлялся в химическом цехе ТЭЦ перед деаэратором подпиточной воды, а во втором - ввод щелочи за деаэратором. Увеличение рН подпиточной воды в процессе деаэрации тем больше, чем выше ее бикарбонатная щелочность. Для атмосферных деаэраторов, работающих на Na-катионированной воде с достаточно высокой щелочностью, рН увеличивается не менее, чем на 1,0. Если принять рН Na-катионированной воды перед деаэратором равным 7,7, то при вводе в нее щелочи рН воды, подаваемой в деаэратор, становится равным 9,5. В воде с таким значением рН практически все углекислотные соединения находятся в карбонатной форме. В этих условиях деаэрация практически не влияет на значение рН подпиточной воды. Во втором варианте ввод щелочи должен обеспечить увеличение рН от значения рН деаэрированной воды (примерно 8,8) до 9,5.

Расчеты состава воды ТЭЦ-20 Мосэнерго по разработанной ВТИ программе показали, что в первом варианте (дозирование щелочи до деаэратора) для достижения рН 9,5 необходимо вводить 30 мг/дм³ NaOH, а во втором варианте (дозирование за деаэратором) для достижения того же значения рН - всего 18 мг/дм³ NaOH, т.е. экономия щелочи составляет 40 %.

Вторым важнейшим показателем ВХР, определяющим агрессивность сетевой воды, является содержание в ней кислорода. В соответствии с ПТЭ РФ, которым подчиняются энергопредприятия РАО «ЕЭС России», содержание кислорода в подпиточной воде не должно превышать 50 мкг/дм³, а в сетевой воде - 20 мкг/дм³. Фактически на многих энергопредприятиях имеет место превышение указанных значений. В котельных малой мощности деаэрация воды в ряде случаев вообще не проводится. По экспериментальным данным ВТИ даже кратковременные проскоки кислорода в сетевую воду вызывают зарождение на поверхности трубных сталей коррозионных язв, которые продолжают функционировать и после прекращения проскока. Для снижения содержания кислорода в подпиточной и сетевой воде необходима наладка деаэраторов (в первую очередь вакуумных, у которых ниже эффективность удаления кислорода, чем у атмосферных) на теплоисточниках и предотвращение присосов в теплосеть кислородсодержащей воды. В закрытых системах теплоснабжения необходимо контролировать содержание Ca в обратной сетевой воде, в связи с тем, что ночью в период минимального водоразбора могут происходить присосы водопроводной воды в сетевую.

В связи с вышеизложенным на ТЭЦ и котельных должен осуществляться постоянный контроль значения рН подпиточной и сетевой воды и содержания в воде кислорода. В настоящее время на подпиточном тракте многих ТЭЦ г. Москвы установлены кислородомеры. На трубопроводах сетевой воды кислородомеры устанавливаются реже вследствие проблем с заносом чувствительного элемента приборов отложениями. Реально значение рН и содержание кислорода в сетевой воде на многих ТЭЦ до сих пор определяются вручную. Для улучшения качества контроля за ВХР теплосети, в особенности с учетом возможного ухудшения качества сетевой воды у потребителей, необходимо повышение уровня автоматизации измерения параметров качества воды.

Важное значение для контроля ВХР теплосети имеет использование индикаторов коррозии. В 2000г ВТИ были разработаны «Методические указания по оценке интенсивности процессов внутренней коррозии в тепловых сетях» РД 153-34.1-17.465-00.

Основными отличиями этого документа являются: 1) показания индикаторов характеризуют агрессивность сетевой воды, а не скорость коррозии труб, 2) шкала коррозионной агрессивности сетевой воды основана на эксплуатационных данных и более реалистична, чем предыдущая, 3) приведены требования к постоянству используемой для изготовления индикаторов стали, к точкам установки индикаторов в теплосети и к отбросу ненадежных данных. К сожалению, во многих теплосетях индикаторы коррозии еще не установлены, что ограничивает возможность контроля за коррозионными процессами. Автоматические электрохимические коррозиметры вследствие образования на поверхности электродов пассивной железооксидной пленки в деаэрированной воде уже через месяц работы теряют чувствительность к изменению параметров ВХР и в настоящее время не могут быть использованы в теплосетях с деаэрированной водой.

Таким образом, могут быть выделены следующие мероприятия для снижения интенсивности внутренней коррозии трубопроводов теплосети:

1. Повышение рН сетевой воды (до 9,0 - открытые системы; до 9,5 - закрытые системы)

2. Уменьшение содержания кислорода в сетевой воде:

2.1. Понижение концентрации кислорода в подпиточной и сетевой воде до установленной нормы (соответственно до 50 мкг/дм³ и 20 мкг/дм³)

2.2. Введение контроля за содержанием кислорода непосредственно в теплосети с целью отслеживания кратковременных ухудшений качества деаэрации; контроль проскоков кислорода

2.3. Наладка деаэраторов

2.4. Уменьшение присосов недеаэрированной воды (закрытые системы)

3. Установка индикаторов коррозии

В последние годы широко используются ингибиторы коррозии для снижения скорости коррозии в условиях теплосети.

Проведенные ВТИ ранее электрохимические исследования в условиях движения деаэрированной воды в теплосети, при температуре 90^оС показали, что ОЭДФ-Zn обеспечивает высокую степень защиты от коррозии. Эти данные были подтверждены ВТИ в промышленных исследованиях в г. Ростов-на- Дону. Эксперименты показали, что основные антинакипины-фосфонаты (ИОМС, ОЭДФ, ПАФ-13А) также ингибируют коррозию в деаэрированной воде, но в меньшей степени, чем ОЭДФ-Zn.

В результате применения ОЭДФ-Zn в г. Ростов-на-Дону было получено:

1. При концентрации реагента 2,6 мг/дм³ скорость коррозии индикаторов на подающих трубопроводах снизилась в 3,1 раза и на обратных - в 2,9 раза; уменьшился уровень агрессивности сетевой воды от «аварийного» до «допустимого».

2. Снизилось время отмывки от соединений железа в период осеннего подключения систем отопления. На рис.2 нанесена кривая изменения концентрации железа в прямой сетевой воде в период 1999-2003 гг, построенная по среднесуточным данным. Если до начала дозирования ОЭДФ-Zn время отмывки теплосети составляло 20 сут и более при максимальной концентрации железа в воде более 1100 мкг/дм³, то в 2002 г время отмывки сократилось до 3-4 суток при максимальной концентрации железа 423 мкг/дм³. При повышении среднегодовой концентрации ОЭДФ-Zn с 2,18 мг/дм³ (2002 г) до 2,64 мг/дм³ (2003 г) превышение нормы (300 мкг/дм³) полностью отсутствовало. При понижении среднегодовой концентрации ОЭДФ-Zn до 2,13 мг/дм³ в 2004 г в период пуска систем отопления содержание железа несколько повысилось: небольшое превышение норм (до 387 мг/дм³) наблюдалось в течение 3-х суток.

Кроме того, по данным департамента ЖКХ и Энергетики администрации г. Ростов-на-Дону за счет отмывки домовых систем в 2003 г количество аварийных ситуаций в домовых системах уменьшилось на 50-52 %; снизились потери тепловой энергии и топлива в связи с восстановлением пропускной способности внутридомовых систем и улучшением теплообмена.

3. Осмотр вставок в трубопроводы теплосети показал, что при применении ОЭДФ-Zn с концентрацией 2,64 мг/дм³ (2003 г) на всех вставках коррозия отсутствовала, только на подающем трубопроводе вставки 1 были обнаружены слабые коррозионные поражения, причем не в виде язв, а менее опасных коррозионных пятен. Это говорит о высокой эффективности ОЭДФ-Zn как ингибитора локальной коррозии в условиях деаэрированной воды теплосети, даже при высокой агрессивности воды.

Несмотря на то, что в соответствии с ПТЭ [3] концентрация О₂ не должна превышать в подпиточной воде 50 мкг/дм³, в сетевой - 20 мкг/дм³, нередки случаи, когда качество деаэрации подпиточной воды теплосети низкое и концентрация кислорода в сетевой воде значительно выше нормируемой. Например, при опросе теплоисточников, проведенном ВТИ в 1992 г., встречались тепловые сети, где среднегодовая концентрация кислорода в подпиточной воде составляла 1000 мкг/дм³. Отсутствует деаэрация воды в сетях горячего водоснабжения (ГВС), входящих в закрытые системы централизованного теплоснабжения. Кроме того, существует значительное число небольших закрытых систем теплоснабжения, где деаэрация подпиточной воды не предусмотрена.

В этом случае использование антикоррозионных мероприятий особенно важно. Для оценки ситуации были проведены ориентировочные расчеты концентрации кислорода в таких системах. В закрытых системах, даже в отсутствии деаэрации, кислород, вносимый с подпиткой, расходуется на коррозию металла, поэтому концентрация кислорода со временем снижается. В данном случае концентрация кислорода зависит от соотношения расхода подпиточной воды и объема системы. Мы определили диапазон концентраций кислорода, достигаемый в стабильных условиях в закрытой системе теплоснабжения в зависимости от расхода подпитки, соотношения площади поверхности и объема системы, и определили антикоррозионную эффективность разных ингибиторов в найденном интервале концентраций кислорода в воде.

При температуре 100^оС в недеаэрированной воде концентрация кислорода за счет его расходования на коррозию быстро уменьшается и при достижении 24 часов практически не изменяется со временем. В результате проведенных расчетов было определено, что в установившемся режиме при удельных значениях подпитки, типичных для закрытых систем теплоснабжения, концентрация кислорода не превышает 500 мкг/дм³.

На стендовой установке были проведены эксперименты по влиянию разных ингибиторов на коррозию стали при температуре 90^оС, полностью моделирующие условия коррозии углеродистой стали в условиях теплосети (гидродинамика, состав воды) при повышенном содержании кислорода. В таблице 3 приведены значения степеней защиты от коррозии фосфонатов.

коррозия трубопровод ингибитор

Таблица 3

Параметры анодных поляризационных кривых

Из приведенных данных видно, что при концентрации, равной ПДК, наибольшую степень защиты от коррозии имеют ИОМС-1 и ПАФ-13А. Реагент ОЭДФ-Zn эффективен при концентрации, значительно превышающей ПДК (25 мг/дм³).

Список литературы

1. Балабан-Ирменин Ю.В., Липовских В.М., Рубашов А.М. Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей. - М.:Энергоатомиздат, 1999. - 248 с.: ил.

2. Методические указания по водоподготовке и водно-химическому режиму водогрейного оборудования и тепловых сетей. СО 153-34.37.506-88 Москва, 1996

3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М.: СПО ОРГРЭС, 1996.

Размещено на Allbest.ru