Размещено на http://www.allbest.ru/

Теория и практика применения комплексонатов для оптимизации водно-химического режима котлов низких и средних параметров и систем теплоснабжения

Т.В. Мацько

Использование фосфорсодержащих комплексонов для стабилизационной обработки воды было начато в 70-е годы прошлого века. Установлено, что ингибирование процесса солеотложений с помощью фосфона-тов основано на явлении порогового (или субстехиометрического) эффекта. Явление порогового эффекта было открыто в конце тридцатых годов ХХ века для гексаметафосфата натрия: в дозах от 1 до 10 миллионных долей (ppm, 10-4%) он оказался способен задерживать (ингибировать) выделение твердой фазы из пересыщенных растворов карбоната кальция. С этого времени полифосфаты стали широко использоваться в качестве ингибиторов солеотложений в промышленных водооборотных системах. Позже аналогичный эффект был обнаружен у фосфоновых кислот.

Собственно пороговым эффектом называют предотвращение осадкообразования в пересыщенных растворах неорганических солей, содержащих субстехиометрические (микродозы) количества ингибитора. При этом следует отметить, что эффективность фосфонатов в 5-10 раз выше, чем при применении неорганических фосфатов.

Фосфонаты оказались весьма эффективными для предотвращения накипеобразования таких малорастворимых веществ, как карбонаты, сульфаты и фосфаты кальция. Величина порогового эффекта для фосфонатов варьируется в зависимости от природы осадка и ингибитора. В частности, гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ) эффективна для карбоната кальция, сравнительно малоэффективна в случае сульфата кальция и является одним из самых эффективных ингибиторов осаждения фосфата кальция.

Установлено, что фосфонаты в рекомендуемых концентрациях не усиливают коррозионного воздействия охлаждающей воды на медные сплавы и сталь. Кроме того, комплексонаты являются эффективными ингибиторами коррозии в системах горячего водоснабжения (ГВС), их постоянное применение снижает коррозионную активность воды, в среднем в 8-9 раз. Механизм защитного действия объясняется адсорбцией ингибиторов на поверхностях металла и образованием защитного слоя труднорастворимых смешанных комплексных соединений цинка и железа.

Технология антикоррозийной и противона-кипной обработки воды комплексонатами заключается в дозировании с целью поддержания постоянной заданной концентрации в питательной, подпиточной или сетевой воде.

На Омской ТЭЦ-6 технология подготовки воды комплексоном ИОМС в схеме подпитки тепловых сетей для ГВС населения была внедрена в 1996 г. Существовавшая традиционная схема одноступенчатого Na-катионирования предусматривала потери на регенерацию и отмывку фильтров до 8-10% исходной воды. Переход на технологию с применением органического фос-фоната ИОМС позволил полностью исключить сбросы загрязняющих веществ с 1-й ступени ХВО. В результате этого суммарные сбросы сократились на 450 тыс. т/год. Значительно уменьшилось потребление и, соответственно, сбросы поваренной соли: вместо 1200 т соли в год расходуется всего 4 т ИОМС.

Опыт работы показал хорошие результаты применения ИОМС в технологической схеме станции. Кроме полного исключения потерь воды на собственные нужды водоподготовки значительно улучшился водно-химический режим работы тепловых сетей. За счет ингибирующего действия ИОМС сократилась скорость коррозии металла.

Однако указанная подготовка подпиточной воды системы теплоснабжения (ИОМС и деаэрация) не может обеспечить более высокий температурный режим эксплуатации теплосети (например, теплообменники деаэраторов). В основном, из-за низкой термической устойчивости ИОМСа не подавляются полностью коррозионные процессы и выпадение железоокисных отложений. Практика показала, что надежную защиту котлов и бойлеров от накипных образований данный ингибитор обеспечивает при температуре до 95 ОС.

С мая 2003 г. на КРК ТЭЦ-6 внедрена технология подготовки подпиточной воды комплексонатом ОЭДФ-Zn.

Предварительные исследования, полученные в результате обследования и анализа данных лабораторных испытаний вод показали, что при дозировании комплексоната ОЭДФ-Zn концентрацией 3 мг/л на 100% продукта происходит значительное снижение коррозионной активности воды и ее накипеобразующей способности, и скорость роста накипи и отложений составит до 0,01 мм/год, а скорость коррозии - до 0,06 мм/год.

Выбор ОЭДФ-Zn в качестве реагента для стабилизационной обработки подпиточной воды на КРК Омской ТЭЦ-6 основан на необходимости предотвращения образования отложений и подавления коррозионных процессов, отмывки ранее образованных отложений (отложения на внутренней поверхности экранов котлов КВГМ-100 составляют 800-900 г/м2, что является верхней границей нормы для данного оборудования).

Одно из непременных условий успешного применения ингибитора - его точная дозировка. Практика показывает, что содержание действующего вещества меняется от партии к партии. Реально это должно приводить к изменению дозы ингибитора, вводимого в воду теплосети. При обработке сетевой воды фосфонатами необходимо обращать внимание на содержание в продукте основного вещества и рассчитывать эффективную рабочую дозу ингибитора именно по этой величине.

Несмотря на высокую, подтвержденную многолетней практикой эффективность антинакипинов, применение фосфонатов нередко приводит к отрицательным последствиям (забивание теплообменных трубок подогревателей и водогрейных котлов карбонатами кальция и магния). Особенно это характерно для тех случаев, когда внедрением технологии стабилизационной обработки воды занимаются организации, не имеющие необходимой базы для отработки технологии использования фосфонатов на конкретном объекте, не контролирующие в полной мере процесс стабилизационной обработки воды в период внедрения, не учитывающие теплотехнические характеристики объекта.

Одним из важнейших инструментов технологии применения фосфонатов является методика подбора наиболее эффективного ингибитора солеот-ложений применительно к конкретному объекту.

Чаще всего экспериментальная отработка режимов применения фосфонатов проводится при кипячении воды в открытых емкостях, максимальная температура эксперимента 100 ОС, хотя кипение воды не моделирует условия работы оборудования, т.к. развитого кипения воды в котле быть в принципе не должно. При экспериментальной отработке технологии стабилизационной обработки воды для конкретного объекта необходимо использовать специальные автоклавы, где с помощью давления создаются температуры около 120 ОС и условия, препятствующие кипению воды.

Другой пример некорректного технологического решения - применение фосфонатов при температурах выше 110-130 ОС и низких скоростях движения воды. В этих ситуациях создаются благоприятные условия для деструкции действующего вещества, что приводит к резкому снижению его эффективности. ингибитор солеотложение магистральный трубопровод

Практика применения ОЭДФ-Zn на Омской ТЭЦ-6 показала, что для надежной защиты оборудования станции от отложений и коррозии с учетом качества исходной воды необходимо поддерживать концентрацию ОЭДФ-Zn 0,8-1,0 мг/л (первоначальные рекомендации фирмы-производителя - 3 мг/л).

По окончании отопительного сезона 2003-2004 гг. было проведено обследование технологического контура станции и магистральных трубопроводов по итогам внедрения технологии с целью определения технологической эффективности стабилизационной обработки подпиточ-ной и сетевой воды системы теплоснабжения КРК Омской ТЭЦ-6 цинковым комплексом ОЭДФ (ОЭДФ-Zn), получены следующие результаты:

¦ средняя скорость коррозии в системе теплоснабжения составила 0,056 мм/год и в соответствии с РД 153-34.1-17.465-00 расценивается как допустимая;

¦ средняя скорость коррозии в подающих трубопроводах - 0,04 мм/год;

¦ средняя скорость коррозии в обратных трубопроводах - 0,04 мм/год;

¦ средняя скорость коррозии в системе теплоснабжения - 0,056 мм/год (с учетом индикаторов, установленных на ЦТП).

ИОМС-1 для коррекционной обработки подпиточной воды теплосети используется на Омской ТЭЦ-6 с января 2005 г. Освоение режимов работы идет на основании опыта и с учетом проблем внедрения предыдущих реагентов.

Динамика изменения значений удельной загрязненности образцов труб показывает, что применение комплексонатов является эффективным мероприятием по обеспечению надежной защиты от накипных образований (табл. 1).

Дозирование ИОМС-1 в питательную воду паровых котлов ГМ-50 в малых концентрациях вызывает также разрушение уже образовавшихся карбонатных отложений: в присутствии фосфонатов происходит перестройка кристаллов СаСОЗ, рост отдельных кристаллов приводит к возникновению механических напряжений в слое накипи, что вызывает ее растрескивание (табл. 2). Следует оговорить, однако, что эффект этот проявляется в малоизученном диапазоне концентраций.

Комплексонаты снижают коррозионную активность воды, при их длительном использовании происходит изменение структуры ранее образованных отложений. Снижение содержания железа общего в воде в период запуска тепловых сетей при использовании ингибиторов в более короткие сроки показано на рисунке.

Выводы

1. Обобщение промышленного опыта показало, что надежную защиту котлов и бойлеров от накипных образований ингибиторы обеспечивают только в однофазной среде, т.е. при отсутствии кипения. Расчеты показали, что для исключения пристенного кипения на котлах ПТВМ и КВГМ при работе на газе, давлении воды на выходе из котла 10 кгс/см2 и номинальном расходе воды средняя ее температура на выходе должна находиться в пределах 119-150 ОС в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Необходимо отметить, что кипение воды в трубках котлов в присутствии ан-тинакипинов более опасно, чем при работе с подготовкой воды традиционными способами.

2. Одно из непременных условий успешного применения ингибитора - его точная дозировка.

3. Одним из важнейших инструментов технологии применения фосфонатов является методика подбора наиболее эффективного ингибитора солеотложений применительно к конкретному объекту.

Размещено на Allbest.ru