На главную

Статьи, публикации, архив номеров  

«     2018     2017  |   2016  |   2015  |   2014  |   2013  |   2012  |   2011  |   2010  |   2009  |   2008  |   »
«     Январь  |   Февраль  |   Март  |   Апрель  |   Май  |   Июнь  |   Июль  |   Август  |   Сентябрь  |   Октябрь  |   Ноябрь  |   Декабрь     »

Проблемы и решения

01.04.2010 Термодинамический способ защиты оборудования систем теплоснабжения от коррозии и отложений

 

Термодинамический способ защиты оборудования систем теплоснабжения от коррозии и отложений

 

Проблема борьбы с коррозией и накипеобразованием в системах теплоснабжения весьма актуальна. Поверхность металла в месте контакта с водой по ряду причин физико-химического характера всегда претерпевает существенные изменения.

Если вода содержит избыточное количество кремниевых, сульфатных и карбонатно-кальциевых соединений, то внутренняя поверхность труб покрывается слоем твердых солевых отложений (CaCО3, CaSО4, СаSiO3 и др.), которые сужают проходное сечение, уменьшают теплопередачу теплообменных поверхностей. В котлах это особенно опасно, т. к. накипные отложения обусловливают перегрев и разрушение нагревательных элементов, а также значительный (до 20  %) перерасход топлива. Загрязнение поверхности нагрева паровых котлов накипью и шламом происходит тем интенсивнее, чем выше жесткость питательной воды. Увеличение жесткости происходит по причине загрязнения поверхности.

 

Теплопроводность накипи имеет большое значение. С ее повышением увеличивается и теплопередача через стенку котла к воде (табл. 1). Таким образом, накипь с более высокой теплопроводностью менее вредна, чем с малой.

 

Таблица 1

Значения теплопроводности для различных видов накипи

 

Вид накипи и ее химический состав

Характер накипи

Теплопроводность, Вт/(м•°С)

Накипь, пропитанная маслом

твердая

0,1–0,15

Силикатная с содержанием кремнекислых соединений 20 % и выше

твердая, плотная

0,25–0,5

Карбонатная с содержанием СаСO3 и MgСО3 до 70 %:

– аморфного типа
– твердого типа

мягкая

от аморфного порошка до твердого котельного камня

0,2–1
0,5–5,5

Сульфатная (гипсовая) с содержанием гипса (CaSO4) более 50 %

твердая, плотная

0,5–2,5

Если в воде избыточное содержание агрессивной углекислоты, кислорода, хлоридов и низкая активная реакция (рН), то металлическая поверхность, контактирующая с водой, подвергается интенсивной электрохимической коррозии (разрушению).

Электрохимическая коррозия появляется в результате взаимодействия металла с электролитами и сопровождается протеканием электрического тока от одной части металла к другой. За счет этого в воде возникают гальванические элементы. При этом участки с более низким электрохимическим потенциалом являются анодами, а участки с более высоким электрохимическим потенциалом – катодами. Возникающая разность потенциалов вызывает перемещение электронов от анода к катоду, что обусловливает коррозию металла на анодных участках. Это резко сокращает срок службы водонесущего элемента. Кроме того, коррозионные отложения обусловливают существенное увеличение гидравлического сопротивления и, как следствие, перерасход электроэнергии на транспортирование воды. В системах хозяйственно-питьевого водоснабжения коррозия нежелательна еще и по той причине, что вызывает так называемое вторичное загрязнение транспортируемой воды.

 

Особенности существующих методов борьбы с солевыми отложениями и коррозией

 

С проблемами солевых отложений и коррозионных проявлений специалисты знакомы многие десятилетия, в течение которых ведется неустанный поиск средств противодействия этим явлениям. Предложено множество методов и технологий предотвращения образования накипи и коррозии, позволяющих более или менее смягчить остроту проблемы. Тем не менее в условиях эксплуатации систем холодного и горячего водоснабжения они не нашли широкого применения. Причин этому несколько.

Во-первых, не существовало простого универсального метода, который позволял бы эффективно и полностью удалять старые отложения, предотвращать образование новых и защищать поверхность, контактирующую с водой, от коррозии. Такая задача решается одновременным использованием нескольких технологий, что достаточно сложно реализовать и дорого.

Во-вторых, многие из предлагавшихся методов просто вредны для систем тепло- и водоснабжения и здоровья людей. Химическая обработка теплоэнергетического оборудования кислотами, даже при условии добавления ингибиторов, с одной стороны, обеспечивает сравнительно неплохое удаление солевых отложений, но с другой – вызывает резкую интенсификацию коррозионных процессов. Даже механическая очистка труб провоцирует интенсивную коррозию: освобожденная от отложений металлическая поверхность в большей мере подвержена ей.

В-третьих, не было методов, которые обладали бы устойчивым и длительным эффектом последействия. Так, неплохо зарекомендовавшая себя технология обработки систем водоснабжения солями фосфора предполагает непрерывную или с кратковременными перерывами, но постоянную дозировку реактивов, что в условиях водоснабжения представляется проблематичным.

В-четвертых, существующие методы борьбы с отложениями солей и коррозией предполагают длительную остановку работы систем водоснабжения, что весьма нежелательно.

 

Новый термодинамический метод

 

В ООО «Институт проблем транспорта» (г. Новосибирск) разработан метод термодинамической обработки воды, который не имеет перечисленных недостатков. Он основан на использовании композиционного состава СОТ-2000. При разработке технологии руководствовались следующими основополагающими принципами:

• удаление старой накипи и коррозионных отложений без нанесения какого-либо ущерба очищаемой поверхности;

• формирование на поверхностях контакта с водой антикоррозионной защиты;

• предотвращение налипания новой накипи в процессе последующей эксплуатации котла, очистка воды.

Первые два принципа реализованы во многих существующих технологиях, хотя и не в полой мере. Например, при кислотной обработке воды накипь удаляется хорошо, но при этом наносится ущерб очищаемой поверхности: она частично разрушается (растворяется); фосфатирование воды способствует образованию защитной антикоррозионной пленки, однако предварительно поверхность должна быть очищена. Более сложной задачей представляется реализация третьего принципа – предотвращения отложений. До сих пор это удавалось только при тщательной химической подготовке питательной воды, включая деионизацию – процедуру весьма сложную и дорогостоящую. Она сопряжена с необходимостью содержания кислотных и щелочных хозяйств в цехе химической водоподготовки, обусловливает образование большого количества кислото­содержащих и солевых стоков, утилизация которых с экологической точки зрения весьма проблематична. В связи с этим глубокое обессоливание воды проводится только для паровых котлов, работающих под высоким давлением.

Композиционный состав изготавливают из природных компонентов, прошедших предварительную физико-механическую активацию. Помещенный в воду, он образует слабощелочную среду и постепенно разрушает межмолекулярные структурные связи в накипи, переводя последнюю в шлам и частично в растворенное состояние.

Для устранения причин электрохимической коррозии и образования минеральных отложений применяется указанный композиционный состав, который воздействует на электроны, освободившиеся на анодных участках и перемещающиеся на катодные, где они присоединяются к ионам водорода. Накопление ионов водорода на катодных участках металла ведет к их поляризации, что резко замедляет, а в ряде случаев полностью прекращает процесс коррозии металла, образование минеральных отложений. При этом рассматриваемое композиционное средство без приложения внешнего электрического поля создает анодную поляризацию на поверхности нагревательных элементов. Образовавшееся энергетическое поле активно воздействует на отложения, обуславливая ослабление сил когезии (связи между молекулами тела) в их толще и адгезии на поверхности, в месте контакта с металлом. В результате самые прочные отложения превращаются в рыхлую массу, постепенно смываемую потоком воды. Очищаемые поверхности приобретают устойчивые антиадгезионные и антикоррозионные свойства. Постепенно формируется сплошная оксидная пленка, обладающая высокой теплопроводностью и низкой электропроводностью (электрическое сопротивление около 10 кОм).

 

Опыт применения

 

Метод термодинамической активации воды прошел производственные испытания более чем в 200 производственно-отопительных котельных Сибири и Дальнего Востока, а в 2007–2008 гг. – на ТЭЦ г. Хабаровска и Владивостока.

Качество используемой воды характеризовалось следующими показателями:

• солесодержание – от 100 до 1 500 мг/л;

•жесткость – от 0,2 до 9 мг-экв/л;

• щелочность – от 0,7 до 10 мг-экв/л;

• отношение карбонатов к бикарбонатам при рН > 8,4 – от 0 до 20  %;

• содержание железа – от 0 до 8 мг/л;

• водородный показатель рН – от 6,2 до 9,5.

Результаты испытаний выявили высокую эффективность метода термодинамической активации. В частности, обеспечено:

1. Полное удаление накипных и коррозионных отложений с поверхностей нагревательных элементов и труб. Скорость удаления старой накипи с металлических поверхностей составила от 1 до 10 мм толщины слоя накипи в месяц в зависимости от ее химического состава, температуры, давления воды и пара, режима внутрикотловой обработки воды композиционным средством, периодичностью дренирования.

2. Устойчивое предотвращение накипеобразования и коррозии. В воде уменьшается содержание продуктов вторичного загрязнения – железа и других примесей (см. рис.). Продолжительность периода эксплуатации котла между обработками средством составляет не менее 8–9 лет при отсутствии химической водоподготовки.

3. Сокращение расхода топлива на 15–20  %. Это обусловлено повышением теплопередающих свойств очищенных теплонагревательных поверхностей и более полным сгоранием топлива.

4. Увеличение в 1,5–2 раза срока службы теплообменных аппаратов и труб. Прекращается образование плотного нагара на нагревательных поверхностях со стороны топки. Этот фактор имеет исключительно важное значение для «живучести» котла. Вследствие нагара образуются прогары нагревательных поверхностей, а это приводит к вынужденной остановке котла на капитальный ремонт или его замене.

5. Уменьшение газовых выбросов в атмосферу и отходов (зола, шлаки). Вызвано это полным окислением органической составляющей топлива и ее сгоранием. Так, в котельной Барышевского кирпичного завода Дорстройтреста Западно-Сибирской железной дороги, работающей на мазуте, обработку котлов методом термодинамической активации провели 19 марта 1999 г. После этого заметно изменился состав отходящих газов (табл. 2).

 

Таблица 2

Динамика изменения состава уходящих газов мазутной котельной Барышевского кирпичного завода Дорстройтреста Западно-Сибирской железной дороги

 

Измеряемые параметры

Предельно допустимые выбросы, г/с

Дата замера пробы

06.09.1998  г.

10.08.1999  г.

18.07.2000  г.

Оксид углерода

1,0164

1,1215

0,832

0,5225

Диоксид углерода

0,3127

0,3268

0,3091

0,2668

Сернистый ангидрид

1,8904

2,1821

1,8806

1,7171

КПД горения, %

82,8

83,4

85,2

6. Улучшение качества вырабатываемого в котлах пара, горячей воды. Пар становится чище, суше, нейтральнее (рН = 7).

Кроме того, анализ применения разработанной технологии борьбы с накипеобразованием и коррозией на объектах теплоснабжения показал, что во всех случаях, независимо от качества питательной воды, состава и толщины отложений, получен устойчивый положительный эффект при работе системы теплоснабжения. Удаление отложений при использовании рассматриваемого композиционного состава происходит гораздо медленнее по сравнению с методами кислотной обработки котлов, а это имеет свои преимущества (нет опасности залпового выноса разрушенной накипи и закупорки отопительных элементов при зависимой схеме). При этом не повреждаются стенки нагревательных элементов и труб, очищаются топки котлов, бойлеры, насосы и происходит полная стабилизация воды.

В Москве рассматриваемая технология впервые была внедрена на территории Восточного административного округа, в производственно-отопительной котельной Московского локомотиворемонтного завода. Объектом испытаний стал котел ДКВР-10-13-250, в котором в качестве топлива используется природный газ. К началу испытаний котел вырабатывал пар для производственных нужд и получения горячей воды на нужды ГВС завода. Обследование котла, проведенное перед началом испытаний, показало, что внутренняя поверхность стенок барабанов покрыта слоем накипи толщиной 0,2–0,3 мм; водоспускные трубы переднего, заднего и боковых экранов – слоем 0,3–0,4 мм; трубы нагревателя воды – 2–3 мм; элементы котла в топке – 1–3 мм. В целях проверки эффективности указанной технологии 16 июля 2003 г. без остановки парогенератора через баки подпитки в котловую воду введен рассматриваемый композиционный состав. В процессе испытаний два раза вскрывали котельное оборудование для его осмотра (август 2003 г. и июнь 2004 г.). Уже после первого обследования выявлена тенденция уменьшения и разрыхления накипи на метал­лических поверхностях системы циркуляции теплоносителя в котле (в пароводяной смеси). Последнее вскрытие показало почти полное исчезновение накипи на внутренней поверхности барабанов котла. Оставшийся местами налет рыжего цвета представлял собой рыхлую легко удаляемую струей воды пленку.

В заключение необходимо отметить, что данная технология также может быть успешно использована, как показала практика, для промывки систем питьевого водоснабжения и очистки скважин.

 

В. ЖИЛИН, директор ООО «Институт проблем транспорта»,
Д. ИЛЬИН, главный инженер ООО «Институт проблем транспорта» (Журнал «Новости теплоснабжения», № 2, 2010 г.)

 

Печатается с сокращениями

 

Контакты

Беларусь: 220121, г. Минск
а/я 72
Тел.: +375 (17) 385-94-44,
385-96-66

Факс: +375 (17) 392-33-33
Gsm: +375 (29) 385-96-66 (Vel)

Е-mail: energopress@energetika.by
E-mail отдела рекламы:
reklama@energetika.by

© ОДО Энергопресс, 2003—2009. Все права защищены.
Мониторинг состояния сайта
Создание сайта Атлант Телеком