Контент-платформа Pandia.ru:     2 872 000 материалов , 128 197 пользователей.     Регистрация


Комплексная защита теплообменного оборудования от коррозии металла, солевых отложений и биообрастаний в системах водяного охлаждения предприятий

 просмотров


КОМПЛЕКСНАЯ ЗАЩИТА ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛА, СОЛЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И БИООБРАСТАНИЙ В СИСТЕМАХ ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ.

Гаврилов Н. Б., Кренев В. А.

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, Москва, Россия

Монастырева Е. П.

, Москва, Россия

Введение

В настоящее время процесс отвода низкопотенциального тепла на действующих производствах, как правило, реализуется в частично открытых системах водяного охлаждения с градирнями, которые также называют водооборотными охлаждающими циклами (ВОЦ).

Действующие ВОЦ обладают рядом существенных недостатков, некоторыми из которых являются следующие:

- интенсивное протекание процессов коррозии, солеотложения и биобрастания теплообменного оборудования и градирен, приводящее к ухудшению теплообмена и значительному повышению энергозатрат. Следствием этих процессов является также увеличение гидравлического сопротивления, нарушение параметров работы водоохлаждаемого оборудования, требующее удаления отложений, что связано с простоями оборудования и значительными затратами на ремонт.

Мировая практика и отечественный опыт показывают, что наиболее эффективным методом решения этих проблем является внедрение современной технологии реагентной обработки оборотной охлаждающей воды.

Современная технология обработки оборотной охлаждающей воды – это наиболее экономичный способ комплексной защиты теплообменного оборудования от коррозии, солевых, шламовых отложений и биобрастаний, учитывающий конкретные условия производства и минимизирующий расход свежей воды.

Методы

Для эффективной реализации этой технологии необходимо выполнение следующих исследований:

- выполнение работ по диагностике ВОЦ,

- разработка индивидуальной (для конкретного ВОЦ) комплексной программы по реагентной обработке воды, включающей эффективные ингибирующие и биоцидные композиции,

- разработка технологии реагентной обработки оборотной воды,

- разработка методов контроля оптимального водно-химического режима в ВОЦ.

В предлагаемой работе приведены результаты исследований эффективности новых ингибирующих и биоцидных композиций, отвечающих современным требованиям к охране окружающей среды и реализации разработанных комплексных программ на предприятиях Российской Федерации.

Результаты и обсуждение

Исследование эффективности ингибирующих композиций.

Ингибирование коррозии углеродистых сталей. Исследования по оценке эффективности ингибирующих композиций проводились на установке «ОКА» [1], при температуре 45°С.

Для проведения исследований использовалась вода различных источников (артезианская вода из 2-х скважин и оборотная охлаждающая вода, подпитываемая речной водой).

Состав воды приведен в таблице 1.

Табл. 1 Химический состав используемой воды.

Источник подпитки

Наименование параметра

рН

Ж общ.

Щ общ.

Cl-

Fe общ.

Ку

мг·экв/дм3

мг·экв/дм3

мг/дм3

мг/дм3

Артезианская вода №1

7,9

9,8

6,0

9,0

-

-

Артезианская вода №2

7,3

6,0

4,8

20,2

0,85

-

Оборотная вода

7,6

4,4

1,0

4,0

-

2,0

В качестве ингибиторов коррозии углеродистых сталей использовались: композиции на основе фосфорорганических комплексонов (оксиэтилидендифосфоновая кислота – ОЭДФ и нитрилотриметилфосфоновая кислота – НТФ), азоловых соединений, ПАВ, четвертичных аммониевых соединений (ЧАС) и продуктов полимеризации четвертичных аммониевых солей (ППЧАС). Результаты исследований приведены в таблице 2.

Из приведенных данных следует, что все исследуемые композиции, обеспечивают защиту углеродистой стали от коррозии в интервале 47 – 78%, при этом средняя скорость коррозии Ст3 изменяется в интервале 0,04 – 1,3 мм/год.

В соответствии с десятибалльной шкалой оценки коррозионной устойчивости металлов [2], углеродистая сталь является устойчивой, если средняя скорость коррозии не превышает 0,1 мм/год.

Такая скорость коррозии Ст3 достигнута при испытаниях ингибирующей композиции на основе ОЭДФ и ОА: в артезианской воде №1 – 0,04-0,05 мм/год; в оборотной воде – 0,07 мм/год. Проведенные исследования позволили разработать 2 новых состава для ингибирования коррозии углеродистых сталей в ВОЦ [3,4].

Ингибирование коррозии латуни. В охлаждающей слабоминерализованной воде скорость коррозии изделий из латуни не превышает 0,01 мм/год. При содержании хлоридов выше 350 – 400 мг/дм3 коррозия медьсодержащих сплавов может достигать 0,05 мм/год. Сплав подвергается язвенной коррозии со скоростью 0,3 – 0,4 мм/год при вялой циркуляции охлаждающей воды (меньше 0,6 мм/с) и повышенных температурах (больше 50°С) на выходе из конденсаторов. Оборудование из медьсодержащих сплавов малоустойчиво в высокоминерализованных водах. Если в охлаждающей воде присутствуют комплексообразующие ионы – полифосфаты, поверхностно-активные вещества, фосфорорганические комплексоны агрессивное воздействие солевого состава охлаждающей воды на медь содержащие сплавы (латунь) усиливается.

Табл. 2 Оценка эффективности ингибирующих композиций.

В таблице 3 приведены данные по исследованию композиций, ингибирующих коррозию латуни в воде, на основе азоловых соединений, четвертичных аммониевых соединений (ЧАС) и фосфорорганических комплексонов. Среднюю скорость коррозии образцов латуни определяли гравиметрическим методом, при t = 22 и 50°С и времени экспозиции τ = 7 суток.

Табл. 3. Результаты исследований композиций по ингибированию коррозии латуни.

Из приведенных данных следует, что для защиты водоохлаждаемого теплообменного оборудования выполненного из латуни необходимо присутствие в ингибирующей композиции азолового соединения, при этом средняя скорость коррозии латуни составляет при t = 20°С – 0,0028 – 0,0037 мм/год, а при t = 50°С – 0,034 – 0,048 мм/год, что в соответствии с десятибалльной шкалой характеризует латунь, как устойчивый металл [2].

Проведенные исследования использованы при разработке нового состава для защиты от коррозии водоохлаждаемого теплообменного оборудования, выполненного из латуни [5].

Ингибирование солевых отложений. Согласно СНиП 2.04.02-84 [6], предотвращение карбонатных отложений на поверхности теплообмена оборудования, охлаждаемого оборотной водой, следует предусматривать при условии:

Щдоб. воды · Ку ≥ 3 (1)

где: Щдоб. воды - щелочность добавочной (подпиточной) воды для системы ВОЦ, мг·экв/дм3; Ку – коэффициент концентрирования (упаривания) не выпадающих в осадок солей.

При этом рекомендуется принимать следующие методы обработки воды:

- подкисление раствором серной кислоты;

- рекарбонизация (удаление из воды углекислоты);

- фосфатирование оборотной воды полифосфатами;

- комбинированная фосфатно-кислотная обработка.

До недавнего времени в указанных целях широко применялись методы реагентной обработки воды путем фосфатирования неорганическими полифосфатами и подкисленным раствором серной кислоты. Существенные недостатки традиционных способов, заключаются в следующем:

§  низкий уровень стабилизируемой карбонатной жесткости,

§  подверженность полифосфатов гидролизу,

§  образование фосфатного шлама,

§  большие расходы реагентов,

§  возможность интенсификации коррозионных процессов при нарушении процессов подкисления. Всё это обусловило поиск более эффективных реагентов для стабилизационной обработки воды и привели к изучению фосфорорганических комплексонов [6].

Эти соединения в отличие от неорганических полифосфатов, наряду с более высоким эффектом замедления накипеобразования проявляют высокую устойчивость к гидролизу и термическую стойкость.

В таблице 4 приведены данные по стабильности артезианской воды в присутствии ингибирующей композиции на основе фосфорорганического комплексона (ОЭДФ) и ОА.

Опыты проводились при t = 50ºС в течении 72 часов.

Эффект защиты водоохлаждаемой поверхности теплообменного оборудования от солевых отложений рассчитывали по формуле:

(ЖИСХ. ФОН. – ЖКОН. ФОН.) – (ЖИСХ. ФОН. – ЖКОН. ИНГ.)

ЭЗ = (2)

ЖИСХ. ФОН. – ЖКОН. ФОН.

где: ЖИСХ. ФОН. - Жесткость общая исходная, без ингибитора (фоновая);

ЖКОН. ФОН. - Жесткость общая конечная, без ингибитора (фоновая);

ЖКОН. ИНГ. - Жесткость общая конечная, с ингибитором.

Табл. 4. Данные по кинетике ЖОБЩ. и ЩОБЩ. в присутствии ингибирующей композиции (ЖИСХ. = 9,8 мг · экв/дм3, ЩИСХ. = 6,0 мг · экв/дм3).

Из приведенных данных следует, что исследуемая ингибирующая композиция обеспечивает стабильность артезианской воды при t = 50ºС с эффектом защиты – 50%.

Ранее исследования этой композиции показали ее высокую эффективность в качестве ингибитора коррозии углеродистых сталей (см. табл.2).

Проведенные исследования позволили разработать новый состав комплексного действия по ингибированию солевых отложений и коррозии углеродистых сталей в нейтральных средах [8].

Исследования эффективности биоцидных композиций. По СНиП, с целью предотвращения биообрастаний теплообменного оборудования ВОЦ, рекомендуется обработка оборотной воды хлором и солями меди [6]. В результате многолетнего опыта выяснилось, что из-за нарушений рекомендаций по эксплуатации, коррозионного воздействия окислительных биоцидов, а также, в связи с ограничениями на применение солей тяжелых металлов, необходима оптимизация композиционного состава применяемых биоцидов. При выборе реагентов для использования их в качестве биоцидов в ВОЦ предприятий для защиты теплообменной поверхности оборудования от биообрастаний необходимо учитывать следующие требования, предъявляемые к биоцидам:

- высокая активность по отношению к разным представителям биоценоза одновременно (грибам, бактериям, водорослям),

- отсутствие отрицательного воздействия на окружающую среду,

- отсутствие коррозионной активности и другого отрицательного воздействия на конструкционные материалы и технологические процессы.

Наиболее полно этим требованиям соответствуют поверхностно-активные вещества (ПАВ). Они обладают незначительной токсичностью для человека, многие из них являются биологически разлагаемыми веществами. Это следует учитывать, так как большинство предприятий имеют биологические очистные сооружения. ПАВ хорошо растворимы в воде. Наиболее высокий биоцидный эффект имеют катионные ПАВ. Так, четвертичные аммониевые соединения (ЧАС) обладают широким спектром биоцидного действия; подавляют развитие бактерий, грибов, водорослей в низких концентрациях (1 – 70 мг/дм3), при этом многие из них проявляют и свойства ингибиторов коррозии металлов. Для теплокровных - ЧАС умеренно токсичны.

В таблице 5 приведены результаты бактерицидной активности биоцидных композиций на основе ЧАС, поверхностно-активных веществ и продуктов полимеризации четвертичных аммониевых солей (ППЧАС).

Из приведенных данных следует, что бактерицидная активность препаратов меняется в зависимости от их концентрации и времени инкубации в воде.

Сравнение биоцидной активности соединений 1 и 3 показало, что при одинаковой концентрации (50 мг/дм3), наибольший бактерицидный эффект проявило соединение 1 в указанной концентрации: соединение 1 снижает содержание живых микроорганизмов на 86 – 93% и обеспечивает 100% подавление сапрофитов; соединение 3 снижает витальную концентрацию биоценоза на 70 – 87%, подавляет развитие сапрофитов на 35 – 99,7%.

Табл. 5. Бактерицидная активность исследованных соединений.

Максимальная активность соединения 1 в концентрации 50 мг/дм3 по отношению к микрофлоре оборотной воды проявляется на первые-вторые сутки, однако препарат сохраняет высокие бактерицидные свойства в течение 7 суток после введения, полностью угнетая при этом сапрофиты. У соединения 3 в концентрации 50 мг/дм3 наибольший биоцидный эффект наблюдается в первые часы инкубации в оборотной воде, затем происходит адаптация микроорганизмов, особенно сапрофитов. Для соединения 3 концентрация 50 мг/дм3 явно недостаточна. Положительные результаты достигаются лишь при увеличении дозировки в 2 раза – до 100 мг/дм3. Соединение 2 в концентрации 50 мг/дм3 проявляет высокую бактерицидную активность лишь в течение 2 суток (99 – 89%), затем она падает до 33%. Соединеия 4 и5 несколько уступают по своей эффективности соединению 1, но адаптация микроорганизмов (сапрофитов) в изученных условиях практически не наблюдается. На основании полученных данных был разработан высокоэффективный биоцидный состав, не содержащий катионы тяжелых металлов [9].

Реализация разработанных ингибирующих и биоцидных композиций в составе комплексных программ реагентной обработки ВОЦ.

В таблице 6 приведены данные, полученные при реагентной обработке ВОЦ на минеральные удобрения» и Азот» с использованием разработанных ингибирующих и биоцидных составов.

Как следует из табл. 6, средняя скорость коррозии теплообменного оборудования, выполненного из углеродистой стали, снизилась в 2,5 – 5,0 раз, а латуни в 3,0 – 4,0 раза.

Полученные в результате реагентной обработки воды результаты в соответствии с десятибалльной шкалой оценки коррозионной устойчивости металлов характеризуют углеродистую сталь и латунь – как устойчивые, а коррозионную активность оборотной охлаждающей воды как среднюю.

Эффект защиты углеродистой стали и латуни рассчитан по формуле:

КФ - КИ

Z= 100% (3)

КФ

Где КФ – средняя скорость коррозии металла до реагентной обработки (фоновая); КИ – средняя скорость коррозии металла в ингибированной воде.

Эффекты защиты теплообменного оборудования, выполненного из углеродистой стали и латуни составляют:

для минеральные удобрения» - 60 и 67% ,

для Азот» - 80 и 77% соответственно.

Кроме этого, за счет реагентной обработки воды на минеральные удобрения» получены следующие положительные результаты: достигнуто уменьшение расхода подпиточной (речной) воды на 43800 м3/год и уменьшение продувочных вод на 61000 м3/год, что способствует значительному уменьшению сброса вредных веществ в природные водоемы и на очистные сооружения.

На Азот» достигнуто:

- уменьшение расхода подпиточной (осветленной) воды на 621000 м3/год;

- сокращение объема продувочных вод в ливневую канализацию на 621000 м3/год;

- экономия электроэнергии – 0,83 кВт · ч/т продукции;

- экономия пара – 0,042 Гкал/т продукции.

Таблица 6. Состав оборотной охлаждающей воды и результаты по ингибированию коррозии углеродистых сталей и латуни теплообменного оборудования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Инструкция по определению коррозионной активности воды. Академия коммунального хозяйства.(1979). Москва, Россия.

[2] Х. Рачев, С. Стефанова. (1982) Справочник по коррозии. Издательство «Мир», 526.

[3] Гаврилов Н. Б. (2005). Состав для ингибирования коррозии и отложений в водооборотных системах. Патент РФ № 000 от 01.01.2001г.

[4] Гаврилов Н. Б. (2005). Состав для защиты металлов от коррозии и отложений. Патент РФ № 000 от 01.01.2001г.

[5] Гаврилов Н. Б. (2005). Ингибитор коррозии латуни и углеродистых сталей. Патент РФ № 000 от 01.01.2001г.

[6] СНиП 2.04.02-84* (1998). Водоснабжение. Наружные сети и сооружения./ Госстрой России. Москва, ГУП ЦПП, 128.

[7] Дятлова Н. М., Терехин С. Н., Маклакова В. П. (1986). Применение комплексонов для отмывки и ингибирования солеотложений в различных энерго - и теплосистемах. Обзорная серия «Реактивы и особо чистые вещества», Москва, НИИТЭХИМ.

[8] Гаврилов Н. Б. (2005). Состав для обработки охлаждающей воды. Патент РФ № 000 от 01.01.2001г.

[9] Гаврилов Н. Б. (2005). Биоцид и диспергатор отложений. Патент РФ № 000 от 01.01.2001г.

Мы в соцсетях:


Подпишитесь на рассылку:
Посмотрите по Вашей теме:

Системы охлаждения

Защита от коррозии металла

Коррозия

Оборудование


Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалоги
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьер

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказЭкономикаРегионы РоссииПрограммы регионов
История: СССРИстория РоссииРоссийская ИмперияВремя2016 год
Окружающий мир: Животные • (Домашние животные) • НасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШкола
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовМуниципалитетыМуниципальные районыМуниципальные образованияМуниципальные программыБюджетные организацииОтчетыПоложенияПостановленияРегламентыТермины(Научная терминология)

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства