Сравнение различных способов подавления внутренней коррозии теплосети

Внутренняя коррозия является важным фактором, во многом определяющим надежность передачи тепла. С ней связано 28% всех повреждений трубопроводов тепловых сетей [1]. В то же время процессы внутренней коррозии влияют и на качество воды, подаваемой от теплоисточника к потребителю. В соответствии с Правилами технической эксплуатации [2] содержание железа в сетевой воде не должно превышать 0, 5 мг/дм3 для закрытых систем теплоснабжения и 0, 3 мг/дм3 — для открытых. Повышенное содержание железа может влиять и на органолептические свойства воды (цветность, мутность и т. п.), регламентируемые санитарными нормами [3]. Зачастую единственным способом борьбы с внутренней коррозией и, соответственно, с нарушениями норм качества питьевой воды является применение эффективных ингибиторов коррозии. Это иллюстрирует приведенный ниже пример.

Длительное время теплоснабжение г. Новомосковска (Тульской обл.) осуществлялось с помощью котельных. Система теплоснабжения города открытого типа. Было принято решение об обеспечении теплом южной части города от Новомосковской ГРЭС (НГРЭС). Схема присоединения системы теплоснабжения города к трубопроводам НГРЭС — независимая. Тепло передается с помощью пластинчатых теплообменников. Подпитка системы города осуществляется обратной сетевой водой НГРЭС. Для подачи в город горячей воды и возврата обратной воды на НГРЭС необходимо было связать ее с городом с помощью двух трубопроводов длиной около 15 км. Частично для этого были использованы трубопроводы длиной 9 км, находившиеся в простое около 8 лет, которые ранее использовались для теплоснабжения предприятий. Дополнительно были смонтированы новые отрезки трубопроводов.

Подача горячей воды в город началась в октябре 2005 г. Водоподготовка подпиточной воды теплосети на НГРЭС включает в себя последовательно: осветлители (известкование и коагуляция), механические фильтры, подкисление серной кислотой, частичное натрий-катионирование (натрий-катионированию подвергается половина потока). Далее подпиточная вода поступает на бактерицидную обработку (ультрафиолетовое облучение) и проходит деаэрацию. В качестве исходной используется вода водохранилища.

На первом этапе подача серной кислоты на подкисление подпиточной воды регулировалась вручную, поэтому величина pH прямой сетевой воды поддерживалась в довольно широком диапазоне 8, 3−9. Концентрация кислорода в подпиточной воде находилась на уровне 10 мкг/дм3. Концентрация соединений железа в прямой сетевой воде на входе в городскую систему была постоянно выше допустимого уровня и иногда достигала 3, 2 мг/дм3. Органолептические свойства воды были значительно хуже нормы.

Одной из причин низкого качества воды считалось наличие значительного количества железоокисных внутритрубных отложений на старом участке трубопровода. Поэтому летом 2006 г. была проведена очистка труб установкой, создающей давление воды до 600 атм. Качество очистки было оценено как хорошее, но и после очистки содержание железа в воде у потребителя было высоким (до 2, 4 мг/дм3). Органолептические свойства воды не улучшились.

На первом этапе эксплуатации теплосети причиной ухудшения органолептических показателей были старые внутритрубные отложения, которые при длительном контакте с воздухом во время простоя изменили свой состав и структуру. В результате слой отложений стал рыхлым и соединения железа переходили из отложений в протекающую по трубе воду. В то же время слой продуктов коррозии всегда в определенной степени защищает металл от равномерной коррозии [4], поэтому после очистки отложений усилился процесс собственно коррозии с выходом соединений железа в сетевую воду.

Для улучшения ситуации в сентябре 2006 г. подкисление подпиточной воды было отменено. При этом величина pH сетевой воды у потребителя стала выше 10 и через 10 дней концентрация железа уменьшилась с 2, 56 мг/дм3 до 0, 15 мг/дм3 (табл. 1).

В дальнейшем подпитка теплосети осуществлялась известкованной водой без подкисления. Содержание железа, мутность, цветность воды не превышали норму.

Однако величина pH сетевой воды в данном случае значительно превышала норму для питьевой воды (pH=9). Необходимо было понизить величину pH сетевой воды. Но, исходя из имеющегося опыта, это было возможно только при использовании ингибитора коррозии. Для подбора ингибитора коррозии были проведены стендовые исследования на установке и по методике, разработанной ВТИ[5]. Эксперименты проводились на воде НГРЭС при температуре 90 ОC и содержании кислорода в воде 40−50 мкг/дм3. Деаэрация производилась с помощью продувки аргоном. Величина pH регулировалась продувкой воды смесью азот — углекислый газ. Скорость движения воды, создаваемая на поверхности цилиндрического вращающегося электрода, соответствовала скорости в трубе около 1 м/с.

В результате проведения экспериментов было показано, что эффективная защита от коррозии в сетевой воде НГРЭС создается при применении реагента АФОН 230−23А при концентрации около 4 мг/дм3. Данный реагент является раствором цинкового комплекса динатриевой соли 1 -гидро-ксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ-цинк) производства ОАО «Химпром» (г. Новочебоксарск). Реагент имеет разрешение на применение в питьевой воде с концентрацией 4 мг/дм3.

Перед внедрением указанного выше реагента на НГРЭС была смонтирована установка дозирования реагента, позволяющая автоматически поддерживать постоянную концентрацию ингибитора в подпиточной воде теплосети.

Была автоматизирована также установка подкисления подпиточной воды с целью уменьшения диапазона изменения величины pH подпиточной воды в процессе эксплуатации.

Обработка сетевой воды реагентом была начата в феврале 2008 г. при значении pH=9, 3. Это было сделано с целью максимально сохранить структуру оксидных пленок на внутренней поверхности труб, которая сформировалась ранее почти за 1, 5 года работы при высоких pH.

Концентрация ингибитора в прямой сетевой воде на начальном этапе поднималась медленно и относительно стабилизировалась только через 10 дней. Это было связано с адсорбцией ингибитора на отложениях и металле [6]. Через 10 дней величина pH сетевой воды была снижена до санитарных норм. Концентрация соединений железа не превышала нормы.

Необходимо отметить, что темп роста концентрации ингибитора в обратной сетевой воде в связи с адсорбцией реагента отставал от темпа роста в прямой сетевой воде. Некоторое увеличение концентрации реагента в обратной сетевой воде продолжалось и после стабилизации его концентрации в прямой сетевой воде.

Сравнение водно-химического режима системы теплоснабжения НГРЭС в различных ситуациях при практически неизменном качестве воды по коррозионно-агрессивным ионам (SO42-=50−60 мг/дм3, Cl-=10−12 мг/дм3) показало следующее (табл. 2).

питьевой водоснабжение коррозия трубопровод.

Содержание железа в сетевой воде является основным оперативным показателем, характеризующим интенсивность коррозионных процессов в тепловой сети. Таким образом, полученные данные показывают, что с точки зрения замедления коррозии применение ингибиторов при pH менее 9 эквивалентно повышению pH деаэрированной воды до величины 10−10, 5, которое как высокоэффективное решение применяется в теплосети закрытого типа г. Москвы [7].

Необходимо добавить, что рассматриваемый реагент является антинакипином, поэтому его использование позволило исключить использование Na-катионирования в системе подготовки подпиточной воды теплосети от НГРЭС. Соответственно уменьшились затраты НГРЭС на замену катионита для натрий-катионитовых фильтров, используемых для подготовки воды теплосети, и на реагенты для регенерации этих фильтров.