К.т.н. С.А. Потапов, ООО «ИТЦ ОРГХИМ», г. Казань; Г.М. Егоров, МУП «ТЭЦ- Т», г. Йошкар-Ола; С.М, Лесной, ГУП «СКТЭК», г. Ставрополь; А. М.Меламед, МУП«ПТС», г. Зеленодольск

Печальный опыт последних отопительных сезо­нов показал, что наименее надежным звеном систем теплоснабжения является транспорт тепла. В среднем по России на каждые 100 км тепло­вых сетей ежегодно регистрируется до 70 поврежде­ний, Это регистрируется, а фактическое количество повреждений значительно выше. Основной причиной повреждений тепловых сетей является коррозионное разрушение металла труб, причем более 25% всех повреждений связано с внутренней язвенной корро­зией, Все это является следствием многолетнего применения устаревших конструкционных материа­лов, технического и технологического несовершенст­ва применяемых методов обработки воды, а также зачастую из-за низкого уровня технической эксплуа­тации.

 

Подготовка подпиточнои воды систем теплоснаб­жения в общем случае включает следующие стадии обработки воды:

а)   удаление из воды катионов накипеобразователей умягчением или обессоливанием воды;

б)   удаление из воды агрессивных газов 0₂ и С0₂ атмосферной , вакуумной или химической деаэрацией,

В североевропейских странах, Германии и США водоподготовка содержит дополнительную стадию коррекционной обработки воды, Коррекционная об­работка включает подщелачивание воды до рН = 9-10 и ввод ингибитора коррозии. При этом достигается снижение скорости коррозии до 0,003-0,005 мм/год, а стоимость обработки 1 м^э воды составляет 11-26 доля, США.

В отечественной практике водо подготовки подпи­точнои воды систем теплоснабжения промышленной и коммунальной теплоэнергетики коррекционная об­работка воды практически не применяется. Противо­коррозионная обработка воды сводится к вакуумной или в лучшем случае к атмосферной деаэрации.

Вакуумные деаэраторы установлены в 40% закры­тых систем теплоснабжения и более чем в 70% откры­тых систем. В соответствии с ПОСТ 16860-88 содержа­ние кислорода в воде за атмосферным деаэратором должно быть не более 20 мкг/кг, а за вакуумным деаэра­тором не более 50 мкг/кг В соответствии с ПТЭ [1] со­держание кислорода в подпиточнои воде должно быть не более 50 мкг/кг, а в сетевой воде - не более 20 мкг/кп То есть нормами предусмотрен расход 30 мкг кислорода из каждого литра воды на коррозию метал­ла. Теоретически вакуумные деаэраторы могут обеспечивать требуемую эффективность удаления только кис­лорода, однако на практике авторам не известно ни од­ного объекта, где они давали бы хорошие результаты. По данным ВТИ [2] реальное содержание кислорода в подпиточнои воде после вакуумной деаэрации в сред­нем на 26 мкг/кг выше нормы. В результате скорость коррозии составляет 0,1 - 0_П15 мм в год и более, что со­ответствует сильному коррозионному процессу, а по­вреждаемость 1 км двухтрубной трассы за счет преиму­щественно язвенной коррозии составляет 0,2-0_П5 по­вреждения за отопительный период [3, 9].

Коррозия в системах теплоснабжения является следствием протекания двух самостоятельных, но со­пряженных друг с другом процессов. Анодный про­цесс - растворение железа в воде упрощенно описы­вается уравнением:

Ре->Ре^гн + 2е'

В реальном процессе растворения важную роль играют присутствующие в воде анионы ЗОд²", СГ, ОН" и другие как неорганические, так и органические ани­оны.

Катодный процесс - восстановление кислорода в нейтральных и щелочных средах протекает по реак­ции (кислородная деполяризация):

0₂ + 4Н₂0 + 4е" - 4 ОН"                                        (2).

Кислород интенсивно расходуется в процессе коррозии, причем на 1 г кислорода растворяется в общем случае 3,5 г железа.

Исследованиями этого наиболее характерного яз­венного повреждения трубопроводов теплосети, проведенными ВТИ [4], установлено, что жидкость внутри язвы имеет кислую реакцию, несмотря на ще­лочную реакцию сетевой воды.

Под воздействием благоприятных факторов, таких как высокая температура, присутствие в воде агрес­сивных газов 0₂ и СО_г, низкое значение рН, повышен­ное содержание сульфатов, хлоридов, железа и др., язвы интенсивно развиваются и переходят в свищи.

По оценке специалистов средний износ тепловых сетей оценивается в 60-70%. Чтобы прервать про­цесс старения тепловых сетей и оставить их средний возраст на существующем в настоящее время уров­не, необходимо ежегодно перекладывать около 4% трубопроводов. Стоимость строительства и прирав­ненная к ней стоимость капитального ремонта одного километра двухтрубной тепловой сети со средним диаметром 250 мм составляет в действующих ценах около 5,3 млн руб.

В условиях крайнего дефицита у предприятий средств на содержание, ремонт и модернизацию оборудования систем теплоснабжения необходим такой метод обработки воды, который позволяет ре­шить задачу ингибирования накипеобразования и коррозии при максимально возможном упрощении и удешевлении избираемых средств.

На наш взгляд, этим требованиям соответствует ингибитор накипеобразования и коррозии «Компози­ция ККФ» [5]. Композиция ККФ разработана специа­листами ООО «ИТЦ ОРГХИМ» и предназначена для стабилизации жесткой (очень жесткой) недеаэриро-ванной подпиточной воды систем ларо-, теплоснаб­жения и горячего водоснабжения (сан. эпид. заключе­ние № 16.11,03.243.П.000696.07.03 от 08.07.2003 г.), Под термином «стабилизация» в данной работе пони­мается ингибирование как накипеобразования, так и коррозии.

Стабилизация природной недеаэрированной под­питочной и сетевой воды Композицией ККФ является технологическим решением альтернативным тради­ционному умягчению подпиточной воды и последую­щей ее деаэрации.

При обработке воды Композицией ККФ условия стабильности запишутся в виде: Ж_пв « Ж'_св « Ж"_св; Щ_пв - Щ'_св - Щ"_св; Ре_пв * Ре'_св * Ре"_св; 0_2гтв - 0₂'_св ~ 0₂"_св; где символ «'» соответствует значению показателя до нагрева, а символ «"» после нагрева» индекс <<пв» от­носится к подпиточной воде, а «ев» - к сетевой воде.

Графически условие стабильности сетевой воды в процессе нагрева изображено на рис, 2.

Высокая эффективность Композиции ККФ для стабилизации жесткой воды с карбонатным индексом Ик = 90 (мг-экв/кг)^г и более подтверждается опытом промышленного применения с 1995 года, в данной работе при веде ны результаты иссле­дований скорости коррозии на различ­ных участках системы горячего водо­снабжения (МУП «ТЭЦ-1») и закрытых систем   теплоснабжения   с   котлами ПТВМ-100 (ГУП «СКТЭК»), а также с котлами НР-18, ТВГ-8 и сетевыми подо­гревателями  (МУП  «ПТС»),  Системы теплоснабжения работали по темпера­турному   графику   115/70   °С   (МУП «ПТО) и 130/70 °С (ГУП «СКТЭК»).

 

Все системы подпитывались природной недеаэ­рированной водой. Показатели качества исходной воды приведены в табл, 1.

Скорость коррозии определялась по стандартной методике весовым методом по потере массы кон­трольных образцов [6], Место установки контрольных образцов и условные обозначения указаны в табл.2.

Определенный интерес представляют результаты измерения скорости коррозии в различных системах МУП «ПТС» в течение отопительных сезонов 2000-2001 и 2001 -2002 гг. (в работе принимали участие Не­федова Н.А., Торопцев К.М.). В первый сезон подго­товленные соответствующим образом дисковые кон­трольные образцы были установлены в котельной № 29-31 в сетевом трубопроводе до котла, а в ко­тельной № 26 в обратном сетевом трубопроводе на входе в котельную. Котельные работали, практичес­ки, в идентичных условиях, однако, скорость корро­зии в обратном сетевом трубопроводе была получена выше» чем на входе в котел, что можно объяснить рас­ходом Композиции ККФ на отмывку системы от име­ющихся отложений и образующимся ее дефицитом в концевом участке сетевого трубопровода (рис, 3).

Поверхность контрольных образцов, предвари­тельно очищенная до голого металла, покрывается равномерной защитной пленкой от кирпичного до черного цвета. По мере формирования защитной пленки скорость коррозии постепенно снижается и стабилизируется при значениях намного ниже перво­начальных. Под пленкой видимых признаков разру­шения поверхности металла не обнаружено.

В последующий отопительный сезон в котель­ной № 29-31 контрольные образцы были установле­ны в 3-х точках системы теплоснабжения: на входе и выходе из котла, а также в обратном сетевом трубо­проводе. Кроме того, измерялась скорость коррозии в котельных № 8 и № 12, также переведенных на но­вую технологию стабилизации воды.

 

 

Скорость коррозии в котельной № 29-31 до котла (Д) идеально совпала со скоростью коррозии, полу­ченной в предыдущем отопительном сезоне. Ско­рость коррозии в обратном сетевом трубопроводе оставалась выше, чем до котла, но имеет тенденцию к снижению. Неожиданным, с точки зрения термоди­намики коррозионных процессов, оказалось значи­тельное снижение скорости коррозии на выходе из котла. Объяснить это только снижением раствори­мости агрессивных газов О2 и СО2 с увеличением температуры сетевой воды не представляется воз­можным,  поскольку пузырьки  газа выделяются в первую очередь на поверхности трубопроводов и при их отрыве от поверхности за счет гидродинами­ческих эффектов должна разрушаться защитная пленка. Вероятно, под воздействием высоких тем­ператур, происходит активация компонентов Компо­зиции ККФ, но это требует дополнительных иссле­дований.

Значение скорости коррозии в котельной № 8 у контрольных образцов, установленных до котла (♦), ложатся, как бы, на продолжение этой зависимости для котельной № 29-31 (пунктирная линия). Анало­гичная зависимость получена в котельной № 12 (V) для значения скорости коррозии в обратном сетевом трубопроводе (пунктирная линия).

Если на результаты измерения скорости коррозии в системах теплоснабжения МУЛ «ПТС» наложить аналогичные результаты, полученные в системах ГУП «СКТЭК» (в работе принимала участие Михайло­ва ИВ.) и МУП «ТЭЦ-1» (в работе принимали участие Егошин И.Н., Матвеев В,В.), то выясняется, что зако­номерность изменения скорости коррозии контроль­ных образцов в различных системах теплоснабжения при стабилизации воды Композицией ККФ имеет об­щий характер, а скорость коррозии, несмотря на все отличия рассматриваемых систем, устанавливается на уровне, соответствующем ее практическому от­сутствию.

При этом по интенсивности коррозионного про­цесса в системах теплоснабжения при работе на не-деаэрированной воде выделяются три характерных участка:

• начальный участок тепловой сети со скоростью коррозии от 0,005 до 0,009 мм/год;
• конечный участок тепловой сети со скоростью коррозии от 0,015 до 0,019 мм/год, которая имеет тенденцию к снижению по мере отмывки системы;
• водонагреватель со скоростью коррозии около 0,01 мм/год.

Ингибирование коррозии происходит за счет формирования на поверхности металла равномер­ной постепенно упрочняемой защитной пленки мо­номолекулярной толщины. Формирование пленки в основном завершается через 1800-2000 часов от на­чала испытания, дальнейшее снижение скорости коррозии и ее стабилизация происходит за счет уп­лотнения и упрочнения защитной пленки. Цвет за­щитной пленки в зависимости от конкретных усло­вий работы системы теплоснабжения меняется от светло-кирпичного до черного с матовым или сталь­ным отливом.

В процессе промышленного применения Компо­зиции ККФ выявлено органично ей присущее свойст­во постепенно разрушать (но не растворять) имею­щиеся в системах отложения. Это свойство успешно применено для отмывки систем теплоснабжения [7].

Вырезка образцов из подающего и обратного тру­бопроводов системы ГВС МУП «ТЭЦ-1» показала, что поверхность трубопроводов за 2 сезона на 95% очи­стилась от бугристых отложений. Удаление продук­тов коррозии, покрывающих полость язвенных углуб­лений (рис. 1) приводит к пассивации язв, а по мере формирования защитной пленки к предотвращению дальнейшего их развития. Кроме того удаление буг­ристых отложений с внутренней поверхности трубо­проводов приводит к снижению гидравлического со­противления и, как следствие, к экономии затрат электроэнергии на транспорт теплоносителя [8].

В табл. 3 для сравнения приведены затраты и эф­фективность по некоторым методам обработки воды.