15 лет применения технологии коллоидного ингибирования коррозии \ отложений «ВЕОКРОСОЛ-КАРБОН»

В централизованных системах теплоснабжения для транспортировки и распределения тепловой энергии потребителям применяются трубопроводы, изготовленных, в основном, из углеродистой стали. Состояние внутренних поверхностей и внутренняя коррозия этих трубопроводов существенно зависят от остаточного содержания кислорода в транспортируемой горячей воде. Для ослабления влияния кислорода в воду добавляют присадки- ингибиторы коррозии/отложений. Многое годы применения нормативного ингибитора коррозии - силиката натрия выявили его слабую антикоррозионную эффективность, возможность появления силикатных накипей в котлах, ухудшение потребительских свойств горячей воды.

30 лет назад в ГУП «ТЭК Санкт-Петербурга» были впервые проведены испытания технологии коллоидного ингибирования ВЕОКРОСОЛ, которая в настоящее время применяется в двух десятках районных и квартальных котельных, а также нескольких ТЭЦ ОАО «ТГК-1».

Отличительной особенностью данной технологии является применение химически инертного, нетоксичного и безопасного вещества углерода в виде монодисперсных частиц диаметром несколько нанометров в концентрациях в 100-1000 раз меньших, чем у химических ингибиторов.

Физическая сущность коллоидного ингибирования обусловлена свойствами ржавчины, которая образуется при кислородной коррозии углеродистой стали. Структурно ржавчина представляет твердое тело состоящее из аморфных и кристаллических частиц оксидов и оксигидроксидов железа коллоидных размеров, которые соединены преимущественно коагуляционными контактами.

Об этом свидетельствуют микроскопические исследования, а также структурно-механические свойства: высокая пористость и низкая прочность сухой ржавчины и быстрое разрушение контактов в кислой среде. Фактически ржавчина представляет сетку, образованную очень мелкими кристаллами и заполненною жидкой средой, состав которой сильно отличается от состава сетевой воды. Сложная надструктура сетки частиц отражает высокую организацию движения в ней потоков среды к поверхности металла, которые несут растворенный кис- пород и потоков от поверхности, несущих в начале растворенные, а затем конденсирующиеся продукты коррозии. Разделенные потоки быстро доставляют кислород и поверхности и также быстро отводят от нее продукты коррозии. Поэтому коррозия стали очень часто не затухает, несмотря на рост толщин ржавчины.

Частицы коллоидного углерода, проникая в толщу слоя ржавчины, нарушают ее надструктуру и механизм разделения потоков. В результате перенос кислорода к поверхности стали замедляется и коррозия постепенно затухает.

В начале работ по коллоидному ингибированию основное внимание было сосредоточено на его способности снижать рост гидравлического сопротивления стальных водогрейных котлов типа ПТВМ и КВГМ. Стальные водогрейные котлы – это конструкции из большого количества труб малого диаметра, по которым протекает, нагреваясь, сете- вая вода. Остаточный кислород вызывает коррозию этих труб и продуцирует ржавчину, которая, отла гаясь на внутренних поверхностях нагрева, сужает проходное сечение труб и приводит не только к росту перепада давления в котлах (перерасход элек- трической энергии), но и к перегреву металла труб. В результате чего образуются свищи и котел выхо- дит из рабочего состояния. Кроме того, отложения. осаждаясь на внутренней поверхности поверхнос- тей нагрева котла, значительно снижают коэффициент теплопередачи от металла к воде, что приводит к перерасходу топлива при производстве тепловой энергии. Для восстановления исходного сопротивления применяются химические чистки для удаления ржавчины. Являясь вынужденной мерой, химические чистки низко технологичны и травмо опасны. Они создают большое количество отходов и не способствуют длительной работе котлов.

В таблице 1 приведены статистические данные по чисткам котлов в трех котельных предприятия, в которых коллоиднос ингибирование применяется начиная с 1993 года. В первой строке приведены сведения по химическим чисткам в период работы систем до использования коллоидного ингибирования. В этот период применялось силикатирование. Во второй строке показано количество химических чисток в этих котельных за весь срок работы котлов с коллоидным ингибированием. Поскольку оба периода не равны, в таблицу введен расчетный показатель удельное количество чисток в котельной за 1 год. Из таблицы 1 видно, что применение коллоидного ингибирования позволило снизить пот показатель в 10-20 раз. Фактически химические чистки из обременительной рутинной процедуры, когда надо было обязательно очищать перед каждым отопительным сезоном 1-3 котла из четырех, стали очень редкой операцией, которую можно стадо планировать и выполнять в удобное для эксплуатации котельной время.

В начале работ по коллоидному ингибированию основное внимание было сосредоточено на его способности снижать рост гидравлического сопротивления стальных водогрейных котлов типа ПТВМ в КВГМ. Стальные водогрейные котлы это

Количество химических чисток водогрейных котлов до и при коллоидном ингибировании

Таблица 1

Замедление образования ржавчины в котлах при коллоидном ингибировании указывало на замедление действия причины её образования кислородной коррозии стали. Срок службы водогрейных котлов при силикатировании составлял 3-4 года. Главной причиной капитальных ремонтов являлся коррозионный износ внутренних поверхностей конвективных паке- тов. В таблице 2 приведены данные по капитальным ремонтам уже рассматривавшийся котельных по двум периодам: до применения коллоидного ингибирования с силикатированием и в течение всего срока работы котлов с коллоидным ингибированием.

Количество капитальных ремонтов водогрейных котлов до и при коллоидном ингибировании

Таблица 2

В таблице 2 приведен также расчетный показатель - количество ремонтов в котельной в расчете на 1 год. Из этой таблицы видно, что срок службы котлов в результате коллоидного ингибирования увеличился больше, чем в 2 раза. Большинство котлов надежно работает в течении 8-12 лет. Более длительная работа котлов в ряде случаев ограничена теперь коррозионным состоянием наружных поверхностей, особенно при длительной работе на мазуте.

Важным свойством ингибирования в открытых системах является его взаимодействие на качество сетевой воды. Углерод является элементом, содержание которого не нормируется санитарными нормами в воде питьевого качества, хотя он может вноситься в нее при водоподготовке и фильтрации с использованием углеродных материалов, из-за коррозии чугуна, использования графитсодержащих уплотнений и пр. Рабочая концентрация коллоидного ингибитора в сетевой воде составляет всего 50-70 мкг/кг и его присутствие в сетевой воде не оказывает влияния ни на один из контролируемых показателей. Важно отметить, что в качестве сырья используется технический углерод, производимый нашей промышленностью из природного газа высокой чистоты, в котором практически отсутствуют посторонние примеси. Очень низкие концентрации ингибитора и чистота исходного сырья гарантированно обеспечивают безопасное использование ингибированной горячей воды.

На рис. 1 приведены эксплуатационные данные по цветности сетевой воды в обратном трубопроводе трех районных систем теплоснабжения с коллоидным ингибированием в течение отопительного сезона 2006-2007 гг. Практически в течение всего сезона цветность воды была ниже нормы 20 градусов. Существенных отличий между прямой, обратной водой и подпиточной водой не наблюдалось. Различия в уровнях цветности были обусловлены качеством исходной водопроводной воды, которой питаются системы теплоснабжения.

При этом превышение цветности горячей воды над холодной водопроводной были обусловлено главным образом трансформацией остаточных органических примесей при ее нагреве в подпиточном тракте. При дополнительной очистке водопроводной воды, применяемой в некоторых системах, цветность сетевой воды может устойчиво поддерживаться на уровне 5-10 градусов.

На цветность сетевой воды влияет на содержание в ней продуктов коррозии.

Отсутствие заметного приращения цветности сетевой воды над подпиточной показывает, что коллоидное ингибирование способствует замедлению коррозии не только в котлах, но и в сетевых трубопроводах тепловой сети.

Рис.1. Цветность сетевой воды в отопительном сезоне 2006-2007гг. в некоторых системах централизованного теплоснабжения при коллоидном ингибировании коррозии/отложений.

Для испрерывного дозирования ингибитора ВЕОКРОСОЛ в сетевую воду открытых и закрытых систем централизованного теплоснабжения в период их работы была разработана и внедрена установка УНД.

Установка, состоит из бака запаса концентрата ингибитора ВЕОКРОСОЛ (1), циркуляционного насоса (2) для периодического перемешивания и подачи на дозирование концентрата ингибитора, мембранного электромагнитного дозирующего насоса (3) для дозирования ингибитора с постоянным расходом, гидродинамического смесителя (4), поплавкового уровнемера с концевым выключателем нижнего уровня (5). Установка присоединена к водяным коммуникациям котельной двумя трубопроводами. Один трубопровод присоединен к линии высокого давления (далее трубопровод высокого давления), по другому трубопроводу (далее трубопровод низкого давления) ингибитор транспортируется к точке его ввода в сеть.

Принцип действия установки заключается в следующем. Из линии высокого давления (например, напорного коллектора подпиточного или сетевого насоса) забирается часть подпиточной или сетевой воды и подается в гидродинамический смеситель (4). Одновременно в гидродинамический смеситель (4) дозирующим насосом (3) подается с постоянным расходом концентрат ингибитора ВЕОКРОСОЛ. В гидродинамическом смеситителе происходит завершающее диспергирование к предварительное разбавление ингибитора в потоке. Из смесителя разбавленный ингибитор вместе с потоком подается в точку дозирования (всас подпиточных или сетевых насосов, деаэраторы), где происходит окончательное разбавление ингибитора до заданной концентрации. Поплавковый уровнемер (5) показывает текущий объем концентрата ингибитора в бакс. При полной выработке запаса концентрата ингибитора уровнемер автоматически отключает циркуляционный насос (2) в дозирующий насос (3).

Выводы:

1. На всех котельных за все время применения ингибитора ВЕОКРОСОЛ технологических нарушений в работе тепломеханического оборудования из-за применения ингибитора выявлено не было.
2. Применение ингибитора ВЕОКРОСОЛ значительно улучшило качество горячего водоснабжения (снижение цветности сетевой воды).
3. Отсутствие заметного приращения цветности сетевой воды над подпиточной показывает, что коллоидное ингибирование способствует замедлению коррозии не только в котлах, но и в сетевых трубопроводах тепловой сети.