Одна из важнейших проблем, связанная с эксплуатацией оборудования промышленного и коммунального водоснабжения, заключена в удалении накипно-коррозионных отложений (НКО) с рабочих поверхностей теплообмена.
Согласно РД 10-165-97 «Методические указания по надзору за водно-химическим режимом паровых и водогрейных котлов», химическую очистку поверхностей нагрева паровых котлов следует производить при наличии отложений, количество которых превышает удельную загрязненность 500 г/кв.м.
Причины необходимости очистки от отложений
Необходимость очистки котлов от образовавшихся отложений вызывается следующими причинами:
отложения в трубах котла из-за их низкой теплопроводности приводят к снижению экономичности котельной установки. Перерасход топлива при толщине отложений в трубах котла до 1мм может достигать 12%;
наличие отложений в трубах котла при определенной толщине приводит к перегреву металла труб выше 500 градусов Цельсия, что вызывает изменения в структуре металла и приводит к его разрушению;
наряду с потерями топлива и затратами на ремонт, внутритрубные отложения увеличивают гидравлическое сопротивление тракта котла, что ведет к перерасходу электроэнергии при эксплуатации водогрейных котлов (до 8% на 2мм отложений);
при большой толщине накипи из-за увеличения сопротивления проходу воды происходит нарушение циркуляции котловой воды, что ведет к пережогу металла;
отложения могут ускорять коррозию металла труб.
Поскольку вода – универсальный растворитель, она растворяет практически все вещества, с которыми контактирует. В свою очередь, растворимость веществ зависит от температуры, величины рН, минерального состава, давления и времени контакта.
При определенных эксплуатационных условиях, растворенные вещества могут давать твердые отложения с высокой плотностью ~ 4 г/куб.см на поверхностях теплообмена из любых базовых материалов. Чаще всего – это комбинации минеральных веществ: положительных ионов кальция, магния, натрия, калия и отрицательных ионов карбонатов, бикарбонатов, силикатов, сульфатов, хлоридов.
При увеличении температуры и давления, указанные вещества осаждаются, создавая отложения. Кроме того, любая вода содержит нерастворимые суспензии, либо циркулирующие с ней, либо дающие отложения (оксид железа, магнетит, медь и оксиды меди, силикат кальция).
Наличие НКО приводит к увеличению температуры поверхности нагрева, вызывая расширение металла и возникновению коррозии под напряжением. Кроме того, стимулирует как общую, так и локальную коррозию железа – самый опасный вид коррозионного разрушения.
Методы удаления накипно-коррозионных отложений
Для удаления накипно-коррозионных отложений в отечественной и мировой практике используют в основном три группы методов:
механические средства (сверление твердосплавными сверлами, очистка металлическими щетками, пескоструйная и проч. обработка);
пневмо-, гидро- и электроимпульсные устройства;
химические реагенты.
Механические средства – крайне трудоемки и применимы только для очистки небольших объектов. Этот способ удаления отложений малопродуктивен и часто приводит к разрушению стенок теплообменных труб.
Способы очистки второй группы эффективны. Однако их применение принципиально ограничено конструктивными особенностями очищаемого оборудования, а также стоимостью специальной аппаратуры и высокими требованиями к условиям безопасности и квалификации обслуживающего персонала.
Удаление НКО с помощью химических реагентов – универсальный способ для всех видов и конструкций очищаемого оборудования. Принципиальный недостаток способа – использование сильных кислот в качестве активного компонента (соляной, фосфорной, муравьиной, лимонной и др.). Кислотные растворы, во-первых, «не отличают» накипь от очищаемого материала, растворяя и то и другое, а, во-вторых, не универсальны. Так, например, реагенты на основе HCl недостаточно эффективны при отложениях, содержащих окислы Fe, а реагенты, включающие производные лимонной кислоты, недостаточно эффективны при кальциевых или смешанных НКО. Применение водных растворов сильных кислот приводит к интенсивной коррозии поверхностей теплообмена, охрупчиванию (обесцинкованию) латуни, разрушению неметаллических элементов (прокладок, соединительных шлангов и т.д.). Но кислотная технология требует использование химически стойкого оборудования, нейтрализации отработанного кислотного раствора щелочью, последующей утилизации. Кроме того, данная технология опасна для обслуживающего персонала.
Известно, что поддержание качественного состояния внутренних поверхностей пароводяных трактов оборудования может быть обеспечено с помощью технологий с применением поверхностно-активных веществ (ПАВ) из класса высших пленкообразующих алифатических аминов. ПАВ адсорбируется на поверхности металла в виде гидрофобной пленки, являющейся преградой для проникновения кислорода и углекислоты. В процессе сорбции молекул ПАВ из рабочего тела (вода, влажный и перегретый пар) на поверхности пароводяных трактов разрыхляются и отслаиваются отложения и продукты коррозии, способствуя очистке оборудования.
Эффект очистки с помощью ПАВ проявляется практически по отношению ко всем входящим в состав отложений составляющим: оксидам металлов (железа, меди, цинка и др.), различным солям кремнекислоты и многочисленным силикатам, органическим веществам и т.д., однако зависит как от плотности и структурных характеристик этих компонентов, так и от продолжительности воздействия. В отличие от любых химических очисток процесс разрыхления отложений с помощью ПАВ существенно более медленный и плавный.
В этой связи сочетание химической очистки с обработкой ПАВ следует считать одним из перспективных способов удаления отложений.
В настоящее время существует большое количество различных химических реагентов (соляная, серная, сульфаминовая кислоты, щавелевая, лимонная и другие органические кислоты, комплексоны различного состава, производные фосфоновых кислот) и способов их использования. Важнейшим фактором, определяющим выбор химических реагентов для проведения химических промывок, является их доступность, относительно низкая стоимость, эффективность использования и экологическая безопасность.
В результате проведенных исследований специалистами ОАО «НИИМЕСТПРОМ» разработан новый состав «ЛИМЭП» на основе катионного полимера и карбоновой кислоты, являющийся полифункциональным соединением, сочетающий комплексообразующие и кислотные свойства. Такое сочетание позволяет растворять окислы, карбонаты металлов, другие накипные отложения в теплообменных аппаратах, разрыхлять слой накипи.
Защитные свойства реагента основаны на присутствии в нем пленкообразующих аминов, которые адсорбируются на поверхности металла, при этом полярные аминогруппы удерживаются на поверхности электростатическими силами притяжения, а углеводородные цепи ориентируются перпендикулярно поверхности. Таким образом, на поверхности металла формируется защитная пленка, причем коррозионно-агрессивные вещества, присутствующие в воде или паре сталкиваются с двумя препятствиями. Первое – углеводородные цепи, второе – адсорбированные аминогруппы, расстояние между которыми меньше, чем размеры молекул воды кислорода и углекислого газа.
Состав предназначен для очистки в промышленности и теплоэнергетике водогрейного оборудования малой и средней мощности от отложений сульфатной, карбонатной и силикатной накипи, окалины и ржавчины с образованием защитной антикоррозионной пленки. Не предназначен для использования в бытовых условиях и для оборудования, имеющего контакт с питьевой водой, в т.ч. в системах горячего водоснабжения.
Технология промывки водогрейного оборудования
Технология промывки водогрейного оборудования включает следующие стадии:
1) подготовительный этап;
2) химическая промывка;
3) водная промывка.
Состав применяют в виде 2-3% рабочего раствора. Введенный в замкнутый контур состав растворяет отложения в течение 2-5 суток. Подогрев замкнутого контура до 90 градусов Цельсия увеличивает эффективность очистки. По окончании химической очистки отработанный состав в виде суспензии механических отложений дренируют. После применения состава поверхность промывается водой 3-4-х кратным заливом.
Оценку эффективности отмывки выполняют путем осмотра внутренних поверхностей, по анализам отработанных промывочных составов и растворов, проведения количественного и качественного анализов отложений.
Технологический режим химической очистки разрабатывается в зависимости от типа промываемого оборудования и на основании определения химического состава накипи и количества отложений.
Нормативно-техническое сопровождение:
патент на изобретение №328452 «Состав для удаления накипи» (заявка №2006117925), приоритет изобретения 24 мая 2006г; зарегистрировано в государственном реестре изобретений Российской Федерации 10 июля 2008г.; срок действия патента истекает 24 мая 2026г.;
технические условия «Промывочный состав ЛИМЭП» ТУ 2499-098-02966758-2007;
санитарно-эпидемиологическое заключение на технические условия №52.НЦ.15.249.Т.000783.06.08 от 25.06.2008г. выдано Управлением Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Нижегородской области (на 5 лет);
рецептура на производство промывочного состава ЛИМЭП;
санитарно-эпидемиологическое заключение на производство продукции №52.НЦ.15.249.П.001348.06.08 от 25.06.2008г. выдано Управлением Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Нижегородской области (на 5 лет);
экспертное заключение №140 от 17.04.2008г. на продукцию «Промывочный состав ЛИМЭП», выданное ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Нижегородской области».
Материал подготовила М.В.БАРАНОВА,
заведующая лабораторией технологии ОАО «НИИМЕСТПРОМ»
