Применение ингибиторов солеотложений и коррозии в системах отопления
Рассылка: Противокоррозионная и противонакипная обработка воды.
Адрес электронной почты: chausoff@yandex.ru
Автор - Чаусов Федор Федорович,
кандидат химических наук (направление научной деятельности -
физическая химия водных растворов, водоподготовка и водно-химические режимы
теплоэнергетических систем), автор более 70 научных трудов, автор более 20 изобретений.
Выпуск 6.
Введение
Первый опыт применения ингибиторов солеотложений
в теплотехнике относится к середине 1970-х г.г., когда специалисты
Московского энергетического института под руководством профессора
Т.Х. Маргуловой успешно применили оксиэтилиденфосфоновую кислоту
(ОЭДФ) для предотвращения накипеобразования
и очистки систем
охлаждения электростанций. Далее последовали разработки по применению
ОЭДФ для ведения безнакипного
водно-химического режима различных
теплотехнических систем, в том числе и
систем отопления.
ОЭДФ относится к широкому классу органических соединений,
называемых комплексонами, поэтому предложенный
водно-химический режим получил название
комплексонного.
Работы по применению комплексонов в системах отопления
имели переменный успех. В некоторых случаях введение ОЭДФ
в воду систем отопления приводило к забиванию тепловых
сетей фрагментами накипи, ускоренной коррозии теплотехнического
оборудования, к авариям котлов и тепловых сетей.
Основными причинами неудач в применении комплексонов
было отсутствие необходимого опыта работы и теоретических представлений о действии
комплексонов, а в ряде случаев — халатное отношение
эксплуатационников. В результате в среде профессиональных теплотехников
сформировалось скептическое отношение к применению этих препаратов
в системах отопления.
За прошедшее время достигнут значительный прогресс как в области химии фосфорорганических комплексонов, так и в области производства и применения в теплотехнике ингибиторов солеотложений и коррозии на их основе. Комплексоны в чистом виде для обработки воды в настоящее время практически не применяются.
Правда, еще можно встретить предложения по применению комплексонов, в частности, ОЭДФ, для предпусковых и межсезонных очисток систем отопления. Однако при наличии значительных (свыше 10 кг/м2) отложений накипи и продуктов коррозии для их удаления гораздо более целесообразно использовать соляную кислоту с обязательным добавлением ингибитора СНПХ. Умеренные количества карбонатных и железооксидных отложений могут быть удалены в эксплуатационном режиме благодаря применению современных ингибиторов солеотложений и коррозии на основе комплексонов.
В то время, как комплексоны, применяемые в качестве исходных
веществ для получения ингибиторов, являются довольно сильными
кислотами, подавляющее большинство современных ингибиторов
на их основе имеют нейтральную или слабощелочную реакцию.
Это предотвращает возможное усиление коррозии теплотехнического
оборудования из-за снижения рН водной среды.
Хотя разнообразие фирменных торговых марок современных
ингибиторов солеотложений и коррозии, предназначенных для
использования в теплотехнике нередко вводит в заблуждение
неспециалистов в области химии, в основе всех этих препаратов лежит
небольшое число химических веществ. Современные ингибиторы,
в отличие от ранее применявшихся комплексонов, защищают
теплотехническое оборудование не только
от отложений минеральных солей
(накипи), но и от коррозии.
Наиболее эффективную защиту обеспечивают
композиционные ингибиторы, которые помимо солей
органических фосфоновых кислот или их
комплексов содержат добавки, повышающие степень
защиты от солеотложений и коррозии, а также способствующие
очистке систем отопления от застарелых отложений
накипи и продуктов коррозии.
Механизм действия ингибиторов
При нагреве воды в процессе работы системы отопления происходит термический распад присутствующих в ней гидрокарбонат-ионов с образованием карбонат-ионов. Карбонат-ионы, взаимодействуя с присутствующими в избытке ионами кальция, образуют зародыши кристаллов карбоната кальция. На поверхности зародышей осаждаются все новые карбонат-ионы и ионы кальция, вследствие чего образуются кристаллы карбоната кальция, в котором часто присутствует карбонат магния в виде твердого раствора замещения. Осаждаясь на стенках теплотехнического оборудования, эти кристаллы срастаются, образуя накипь.
Основным компонентом, обеспечивающим противонакипную активность всех рассматриваемых ингибиторов, являются органофосфонаты — соли органических фосфоновых кислот. При введении органофосфонатов в воду, содержащую ионы кальция, магния и других металлов они образуют весьма прочные химические соединения — комплексы. (Во многие современные ингибиторы органофосфонаты входят уже в виде комплексов с переходными металлами, главным образом с цинком.) Комплексы органофосфонатов адсорбируются (осаждаются) на поверхности зародышей кристаллов карбоната кальция, препятствуя дальнейшей кристаллизации карбонатакальция. Поэтому при введении в воду 1–10 г/м3 органофосфонатов накипь не образуется даже при нагревании очень жесткой воды.
Комплексы органофосфонатов способны адсорбироваться не только на поверхности зародышей кристаллов, но и на металлических поверхностях. Образующаяся тонкая пленка затрудняет доступ кислорода к поверхности металла, вследствие чего скорость коррозии металла снижается. Однако наиболее эффективную защиту металла от коррозии обеспечивают ингибиторы на основе комплексов органических фосфоновых кислот с цинком и некоторыми другими металлами, которые были разработаны и внедрены в практику профессором Ю.И. Кузнецовым. В приповерхностном слое металла эти соединения способны распадаться с образованием нерастворимых соединений гидроксида цинка, а также комплексов сложной структуры, в которых участвует много атомов цинка и железа. В результате этого образуется тонкая, плотная, прочно сцепленная с металлом пленка, защищающая металл от коррозии. Степень защиты металла от коррозии при использовании таких ингибиторов может достигать 98%.
Современные препараты на основе органофосфонатов не только ингибируют солеотложения и коррозию, но и постепенно разрушают застарелые отложения накипи и продуктов коррозии. Это объясняется образованием в порах накипи поверхностных адсорбционных слоев органофосфонатов, структура и свойства (например, коэффициент температурного расширения) которых отличаются от структуры кристаллов накипи. Возникающие при эксплуатации системы отопления колебания и градиенты температуры приводят к расклиниванию кристаллических сростков накипи. В результате накипь разрушается, превращаясь в тонкую взвесь, легко удаляемую из системы. Поэтому при введении препаратов, содержащих органофосфонаты, в системы отопления с большим количеством застарелых отложений накипи и продуктов коррозии, необходимо регулярно спускать отстой из фильтров и грязевиков, установленных в нижних точках системы. Спуск отстоя следует производить, в зависимости от количества отложений, 1–2 раза в сутки, из расчета подпитки системы чистой, обработанной ингибитором, водой в количестве 0,25–1% водного объема системы в час. Необходимо отметить, что при повышении концентрации ингибитора свыше 10–20 г/м3 накипь разрушается с образованием весьма грубых взвесей, способных забить узкие места системы отопления. Поэтому передозировка ингибитора в этом случае грозит засорением системы. Наиболее эффективная и безопасная очистка систем отопления от застарелых отложений накипи и продуктов коррозии достигается при использовании препаратов, содержащих поверхностно-активные вещества, например, композиции «ККФ».
Дозирование ингибиторов
Эффективное и безопасное применение ингибиторов солеотложений и коррозии в отопительных системах возможно только при правильном дозировании этих препаратов. Устройство дозирования ингибитора (дозатор) врезают, как правило, в подпиточный трубопровод системы отопления после узла учета перед подпиточным насосом.
Дозатор должен обеспечивать поддержание с заданной точностью постоянной концентрации ингибитора в системе отопления. Следует иметь в виду, что излишняя точность дозирования влечет за собой дополнительные затраты из-за более высокой стоимости дозатора и при этом не способствует успешному применению ингибитора. Это объясняется тем, что дозировки ингибиторов, необходимые для их эффективного применения, в настоящее время известны весьма приблизительно. Точность современных научно обоснованных данных по требуемым концентрациям ингибиторов составляет ±25%. Поэтому применять дозаторы с более высокой точностью просто бессмысленно.
По принципу действия дозаторы подразделяются на две основные группы: инжекционные, в которых для подачи ингибитора используется насос, работающий от внешнего источника энергии; и эжекционные, в которых используется энергия потока подпиточной воды. Дозаторы различных типов имеют свои преимущества и недостатки.
Инжекционный дозатор состоит из следующих частей:
резервуара для ингибитора, дозирующего насоса, датчиков расхода
воды и ингибитора и системы управления работой насоса. Сердцем
инжекционного дозатора является дозирующий насос, вернее,
электронасосный агрегат — насос с электроприводом. В настоящее
время многие фирмы, поставляющие на российский рынок дозирующие
насосы зарубежного производства, пользуются приемами недобросовестной
конкуренции: поставляя по демпинговым ценам насосы неизвестных
производителей или азиатские подделки известных марок, такие поставщики
обеспечивают свою рентабельность за счет последующих ремонтных
услуг и продажи запасных частей. Кроме того, многие поставщики
продают насосы без комплектации резервуарами, системами управления
и другими необходимыми частями. В лучших конструкциях инжекционных
дозаторов используются отечественные дозирующие насосы типа НД,
выпускаемые предприятиями «Талнах» (г. Тула) и «Технолог-Гидромаш»
(г. Саратов). Полностью укомплектованные инжекционные дозаторы
на основе таких насосов выпускает предприятие «Экоэнерго»
(г. Ростов-на-Дону).
Сам принцип действия инжекционных дозаторов,
использующих энергию внешнего источника (как правило — электросети),
предопределяет их основной, и, применительно к российским условиям,
очень существенный недостаток — зависимость от энергоснабжения.
Другим существенным недостатком дозаторов такого типа является
потребность в квалифицированной наладке и сервисном обслуживании.
Для этого необходимо либо иметь своего специалиста-наладчика, либо
заключать сервисный договор со специализированной организацией.
Поэтому инжекционные дозаторы применяют, главным образом, на
электростанциях или в крупных коммунальных
котельных.
Эжекционные дозаторы обладают рядом преимуществ перед инжекционными: обеспечивая необходимую точность дозирования ингибитора, они энергонезависимы, просты, надежны в эксплуатации и не требуют частого технического обслуживания. Полностью укомплектованные эжекционные дозаторы выпускает Инженерно-химическая лаборатория Удмуртского государственного университета (г. Ижевск). Для обработки ингибиторами воды, применяемой для питания паровых котлов и систем с открытым водоразбором, выпускается дозатор «Иж-25», а для обработки подпиточной воды закрытых систем, в частности, систем отопления — дозатор «Импульс-2». Оба этих дозатора включают резервуар для ингибитора, эжекционное устройство и средства для врезки дозатора в подпиточный трубопровод, причем все узлы дозаторов изготовлены из отечественной нержавеющей стали. Дозаторы компактны, не требуют электропитания и квалифицированной наладки. Все техническое обслуживание дозаторов «Иж-25» и «Импульс-2» сводится к периодическому (с интервалом от нескольких дней до месяца) заполнению резервуара раствором ингибитора.
Важным условием успешного применения ингибиторов солеотложений и коррозии в системах отопления является аналитический контроль состава подпиточной и сетевой воды. Подпиточная и сетевая вода подлежит контролю по следующим показателям: жесткость, щелочность, рН, содержание железа. Контроль этих показателей ведут по общеизвестным методикам. Кроме того, в сетевой воде контролируют содержание ингибитора. Содержание ингибитора можно определять по методике, разработанной фирмой «Траверс» (г. Москва), используя комплект химреактивов, выпускаемый этой же фирмой. Критерием противонакипной и противокоррозионной стабильности воды является соответствие жесткости, щелочности и содержания железа в подпиточной и в сетевой воде с точностью ±10%.
Накопленный опыт применения ингибиторов солеотложений и коррозии показывает, что современные ингибиторы обеспечивают наиболее эффективную, по сравнению с другими способами водоподготовки, защиту систем отопления от накипеобразования и коррозии. Однако, неотъемлемым условием достижения успеха является правильное ведение водно-химического режима, включая дозирование ингибиторов и аналитический контроль.
Защита от коррозии и накипи
Если у Вас имеются проблемы, связанные с накипеобразованием и
(или) коррозией в теплоэнергетическом оборудовании,
в тепловых сетях, в системе горячего водоснабжения,
мы можем помочь Вам выбрать необходимое оборудование и технологию
противонакипной и противокоррозионной обработки воды.
Для этого Вам необходимо обратиться к нам по телефонам: (3412) 91-62-65, 8-909-067-64-39,
факсу: (3412) 91-62-65, электронной почте: chaus@uni.udm.ru,
isk@uni.udm.ru,
направив максимально подробные сведения в форме опросного листа.
Архив почтовых рассылок:
Противокоррозионная и противонакипная обработка воды
