Область применения антинакипинов К сожалению, экономические реалии таковы, что Россия в ХХ! век вступила очень бедной, но крайне расточительной страной. Энергоемкость экономики России в 3 раза выше энергоемкости мировой экономики. Нерациональное использование энергоресурсов по разным оценкам составляет от 500 до 800 млн т.у.т. или более 2/5 всего объема потребления первичных энергетических ресурсов. При этом надежность российских систем теплоснабжения в 2,5 раза ниже, чем в европейских странах, 46% подземных трубопроводов требуют замены, множество сетей находятся в аварийном состоянии, на каждые 100 км тепловых сетей ежегодно регистрируется 70 повреждений [1]. Причем, по данным ВТИ доля повреждений от внутренней коррозии составляет около 25% общей повреждаемости [2].

Все это в значительной степени является следствием того, что традиционные методы обработки подпитанной воды систем теплоснабжения (умягчение воды натрий-катионированием с последующей деаэрацией) из-за своего технического и технологического несовершенства, а так- же, зачастую, из-за низкого уровня технической эксплуатации не обеспечивают должную защиту водогрейных котлов и тепловых сетей от накипеобразования и коррозии.

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

В настоящее время в системах теплоснабжения как альтернатива умягчению воды все более широко применяются антинакипины (ингибиторы накипеобразования). Существующие органические антинакипины (комплексоны) представляют собой, как правило, полимеры, содержащие анионные, катионные или неиногенные функциональные группы типа карбоновых, гидроксильных, сульфоновых, фосфоновых и т.д. [3]. Наиболее широкое применение получили фосфоновые соединения (фосфонаты).

Впервые фосфоновые соединения как антинакипины были применены Урал ВТИ в середине 70-х годов в оборотных системах охлаждения для предотвращения осаждения карбоната кальция в трубках конденсаторов [4, 5].

В настоящее время в системах теплоснабжения в основном используются реагент ПАФ-1ЗА, оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФК), ингибитор отложения минеральных солей (ИОМС) и их цинковые комплексы ОЭДФ-7п и ИОМС-7п, причем цинковые комплексы являются еще и эффективными ингибиторами коррозии. Характеристики их приведены в [б, 7].

Несмотря на высокую, подтвержденную опытом промышленного применения, эффективность фосфонатов, нередко применение их приводит к отрицательным последствиям (забивание теплообменных трубок сетевых подогревателей и водогрейных котлов карбонатом кальция и окислами железа). Особенно это характерно для тех случаев, когда внедрением занимаются предприятия собственными силами, либо мелкие фирмы без учета условий конкретного объекта.

Для разработчиков технологий стабилизации воды перечисленными фосфонатами в виде индивидуальных продуктов необходимо четко представлять, что возможность их применения имеет целый ряд ограничений.

А. Химический состав воды и температура нагрева.

В соответствии с ПТЭ [8] параметром, нормирование которого позволяет ограничивать интенсивность кальциево-карбонатного накипеобразования на уровне, не превышающем 0,1 г/(м -ч), является карбонатный индекс И„, равный произведению концентрации катионов кальция Са (мг-экв/кг) на общую щелочность Щ, (мг-экв/кг). Имеющийся в настоящее время промышленный опыт, относящийся в основном к ОЭДФК и ИОМС, а также данные изготовителя этих реагентов показывают, что существует режим с эффек-тивностью ингибирования накипеобразсвания до 95%, который может быть обеспечен при опреде¬ленных соотношениях между значениями Ик и температуры нагрева воды в сетевых подогрева¬телях [9, 10]:

t,°C	100	120	130
Ик, (мг-экв/кг/)	10-13	7-9	4-6

Для ПАФ-13А карбонатный индекс не должен превышать 8 (мг-экв/кг) Б.

Значение теплового потока и температуры поверхности труб котла.

Известно, что в трубах водогрейных котлов существует гидравлическая и температурная раз¬варки, которые способствуют возникновению поверхностного кипения воды в наиболее теплонапряженных трубах котла.

Поверхностное кипение, сопровождаемое интенсивным накипеобразованием, возникает при определенном сочетании режимных параметров: расход воды через котел, тепловая нагрузка кот¬ла. температура и давление воды за котлом.

Обобщая промышленный опыт использования фосфонатов (ОЭДФК и ИОМС), научно-технический совет РАО «ЕЭС России» (протокол №26 от 22.11.93 г.) рекомендовал ограничить область их применения пределами:

• • температура воды на выходе из водогрейного котла - не более 110 °C;
• • температура воды на выходе из бойлера - не более 130 °C;
• • карбонатный индекс сетевой воды - не более 8 (мг-экв/кг)2;
• • значения показателя pH сетевой воды - не более 8,5.

При этом необходимо обязательно соблюдать требования ПТЭ по антикоррозионной обработке воды.

Поэтому для исходной воды общей щелочностью более 3 мг-экв/кг рекомендуется следующая схема обработки подпиточной воды: подкисление серной кислотой для снижения щелочности, декарбонизация, введение антинакипина, деаэ¬рация [11]. Все это требует монтажа дополни¬тельного громоздкого оборудования кислотного хозяйства, что в условиях действующих котель¬ных крайне затруднительно.

Антинакипин для жесткой воды

Для расширения области эффективного при-менения фосфонатов в качестве антинакипинов специалиста¬ми Центра в 1995 году создана Композиция ККФ (ККФ), пред¬назначенная

для предотвращения одновременно и накипеобразования и коррозии в системах теплоснабжения при подпитке их жесткой (очень жесткой) не- деаэрированной водой.

Композиция ККФ создана на основе отечественных реагентов, является многокомпонентной и состоит из органических фосфоновых кислот, их фосфонатов и синергетических добавок органических и неорганических веществ.

Товарный продукт поставляется в виде двух растворов, которые при приготовлении рабочего раствора смешиваются в соотношении 1:1,

В 1995 1996 гп были проведены опытно-промышленные испытания ККФ в закрытых системах теплоснабжения с котлами малой мощности HP-18, HP-20 и температурным режимом 70/95 °СТ при подпитке очень жесткой (Ж=23 мг-экв/кг), недеаэ рированной водой. Во всех случаях были получены положительные результаты. ККФ не только эффективно подавляет карбонатное, сульфатное, силикатное и железоокисное накипеобразование, но одновременно ингибирует и процессы коррозии.

В последующие годы с постоянным увеличением масштабов подобные работы проводились на водогрейных котлах средней мощности (ТВГ-8, реконструированные ДКВР-10, ПТВМ-30) при температурных режимах 70/115 °C и 70/130 °C.

Жесткость исходной воды для этих котельных составляла 12-25 мг-экв/кг, а карбонатный ин¬декс 50-90 (мг-экв/кг) . Доза ККФ поддерживалась на уровне 2-6 мг/л. Общие итоги этих работ были положительными, хотя в отдельных случаях в котлах ДКВР-10 наблюдалось накипеобразование, связанное прежде всего с нарушением ре¬жима дозирования композиции.

В это же время Композиция ККФ была успешно применена для стабилизации жесткой пита¬тельной воды паровых котлов ДКВР-6/13. Нормы водно-химического режима согласованы ОАО «Бийскэнергомаш».

В 1998-1999 гг аналогичные исследования бы¬ли выполнены для системы теплоснабжения с от¬крытым водоразбсром. Технология обработки воды композицией обеспечила надежную работу водогрейных котлов ПТВМ-30 при карбонатном индексе сетевой воды 45-52 (мг-экв/кг)г. Скорость коррозии металла снизилась с 0,36 г/(м2 ч) до 0,03 г/ (м2 ■ ч).

Характер коррозионного процесса стальных трубопроводов тепловых сетей оценивается в зависимости от линейной скорости коррозии [12], (см. нижеприведенную таблицу)

Характер коррозионного процесса	Практически отсутствует	Слабый	Средний	Сильный	Аварийный
Скорость коррозии, мм/гад	0-0,02	0,02-0,04	0,04-0,05 ------- .---- -	0,05-0,2	Более 0,2 /■

Таблица 1. Результаты исследования скорости коррозии в системах теплоснабжения с различными способами обработки воды.

Способ обработки воды	Номер котельной, системы теплоснабжения	Время экспозиции образцов, час	Скорость коррозии, мм/год
I. Умягченная вода, вакуумная деаэрация, содержание растворенного кислорода 0,05-0т1 мг/кг	ЦТП №1	8640	0,15
	ЦТП №2	8640	0,1
II Электрохимическая защита с растворимыми магниевыми анодами типа "Экран", жесткая недеаэрированная вода, содержание растворенного кислорода 216-218 мг/кг	КРПТ №3	1080	0,17
		4320	0.23
	КРПТ №7	2160	0,47
		3240	0.52
	кв.22А	720	0,46
		4320	0,67
III. Жесткая недеаэрированная вода, стабилизированная Композицией ККФ, содержание растворенного кислорода 2,6-2,8 мг/кг	№ 26	1440	0,048
		2520	0,04
		3660	0,033
		5040	0,024
	№ 29-31	1440	0,025
		2520	0,0135
		4320	0,01
		5040	0,009

Результаты исследований

Зеленодольским ГУП тепловых сетей (Татарстан, в работе принимали участие А.М. Меламед, Н.А.Нефедова, К.М.Торопцев) в отопительный сезон 2000-2001 гг, были проведены полномасштабные исследования скорости коррозии в системах теплоснабжения с различными способами обработки воды. Скорость коррозии определялась по стандартной методике [13] гравиметрическим методом по потере массы контрольных стальных образцов, подготовленных соответствующим образом и установленных в сетевых трубопроводах систем теплоснабжения. Результаты исследований представлены в табл. 1.

Как правило вакуумные деаэраторы теоретически могут обеспечить требуемую эффективность удаления только по кислороду, однако на практике на сегодняшний день не известно ни одного объекта, где они давали бы хорошие результаты.

Как видно из табл. 1, композиция ККФ не просто снижает скорость коррозии, а глубоко подавляет коррозионные процессы.

Осмотр образцов показал, что их поверхность покрыта тонкой равномерной пленкой черно-бурого цвета. Под пленкой на поверхности образцов не было обнаружено никаких признаков разрушения. По мере формирования защитной пленки скорость коррозии постепенно снижается вплоть до ее практического отсутствия.

В общем случае коррозия стали в воде обусловлена электрохимической реакцией, при которой на поверхности металла протекает два сопряженных процесса - анодный и катодный

В отличие от силикатных, фосфатных, нитритных и др. ингибиторов коррозии Композиция ККФ тормозит одновременно и анодный и катодный процессы за счет образования на поверхности металла защитной железо-цинк-фосфонатной пленки. Причем от физико-химических показателей обрабатываемой воды зависит не эффективность ингибирования коррозии, а цвет защитной пленки.

Фото 1. Образцы металла экранных труб, покрытых защитной пленкой.

Как показали рентгенографические исследо¬вания, железо входит в состав защитной пленки в виде гематита а - Fe2O3и частично в виде магне¬тита Ре3Оф которые и придают защитной пленке цвет от красного до черного (фото. 1),

Присутствие в защитной пленке в основном железа в виде Fe2O3не ухудшает теплопередачу

Многолетний опыт практического применения Композиции ККФ выявил еще одно ее неоспори¬мое преимущество - постепенное разрушение имеющихся в котлах и сетях отложений (фото 2.).

Таким образом, накопленный опыт освоения нового метода водоподготовки и организации водно-химического режима систем теплоснабже¬ния на основе Композиции ККФ позволяет реко¬мендовать его для широкого применения.

Фото 2. Разрушение отложений в трубах котла.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г Зинатуллин Р.Г., Чепахин В.Г. О создании зоны энергетической эффективности в г Зелено- дольске. Труды межрегионального симпозиу¬ма «Проблемы реализации региональных це¬левых программ энергосбережения». - Ка¬зань, 2001. С. 53-64.
2. Балабан-Ирменин Ю В. О необходимости изме-нения нормы водно-химического режима для систем централизованного теплоснабжения. - Электрические станции, 1999, №10, С. 41-44.
3. Васина Л.Г., Гусева О.В. Предотвращение на- кипеобразования с помощью антинакипинов. - Теплоэнергетика, 1999, №7, с. 35-38.
4. Применение фосфорорганических со-единений для борьбы с накипеобразова- нием в оборотных системах охлаждения // Ю.Ф. Бондарь, В.П.Маклокова, Р. К. Гронский и др. - Теплоэнергетика, 1976, № 1, с. 70-73.
5. Методические указания по водно-хи-мическому режиму бессточных систем охлаждения (МУ 34-70-095-85). - Мл Со- юзтехэнерго, 1985.
6. Балабан-Ирменин Ю. В., Рубашов А. M.f Душнов В.П> Проблемы внедрения анти-накипинов в системах теплоснабжения. - Промышленная энергетика, 1996, №4, с. 11-13.
7. О применении комплексонатов для ан-тикоррозионной и противонакипной об-работки питательной и подпиточной воды в системах паротеплоснабжения и горя-чего водоснабжения. // А. П. Ковальчук. - Новости теплоснабжения, 2000, №1, с. 32-35.
8. Правила технической эксплуатации электриче-ских станций и сетей. Мл Энергоатомиздат, 1989.
9. О некоторых особенностях внедрения антина-кипинов в системах теплоснабжения // Бала- бан-Ирменин Ю.В., Рубашов А.М., Думнов В.П. - Промышленная энергетика, 1998, № 12, с. 43-47.
10. Применение фосфонатов в системе водяного отопления // Щелоков Я.М., Мошанов А.В., Кошкина К.А. - Промышленная энергетика, 1990. № 7. с. 14*16,
11. 0 схемах подготовки воды для систем тепло-водоснабжения // Щелоков Я.М. - Промыш-ленная энергетика. 1991 №1. с. 13-14.
12. Лапотышкина Н.П,, Сазонов Р.П. Водоподго-товка и водно-химический режим тепловых се-тей. Мл Энергоиздат, 1982, 200 с.
13. Инструкция по эксплуатации тепловых сетей. Мл Энергия, 1972, 200 Ci