Пути борьбы с кислородной внутренней коррозией

Борьба с кислородной внутренней коррозией

Радикальный путь сведения к минимизации процессов внутренней коррозии оборудования, трубопроводов котельной и тепловой сети (ТС) — устранение путей попадания кислорода в них.

Ликвидация этих путей требует больших капитальных затрат на переоборудование технологических схем и оборудования котельных, возможный переход на закрытую схему теплоснабжения, на переоборудование индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) зданий, центральных тепловых пунктов (ЦТП) и домовой системы горячего водоснабжения (ГВС). Естественно, в обозримом будущем это маловероятно. Другой путь — всемерное ужесточение требований к содержанию кислорода, качественное повышение уровня контроля за его содержанием и проведение антикоррозионных мероприятий, включающих надежную консервацию систем теплоснабжения (СТ) в межотопительный период и коррозионное ингибирование сетевой воды в отопительный период. Замедление процесса ржавения стали в горячей аэрированной воде питьевого качества представляет серьезную проблему. Известны следующие методы ингибирования стали в мягкой питьевой воде:

• — повышение жесткости до 2−3 мг-экв/кг;
• — силикатирование (нормативный метод);
• — фосфатирование;
• — повышение рН.

Опыт наблюдения за коррозией в невской воде показал, что силикатирование и повышение рН влияют на скорость коррозийных процессов незначительно. Влияние фосфатирования воды и повышения жесткости в промышленных масштабах не исследовалось. Однако из общих принципов известно, что фосфатирование эффективно в достаточно жесткой воде, а искусственное повышение жесткости требует крупного реагентного хозяйства. Длительное применение силиката натрия в качестве рекомендуемого нормативного ингибитора кислородной коррозии не выявило его заметной эффективности, и вместе с тем показало, что на верхнем разрешенном уровне 30−40 мг/л наблюдается заметное ухудшение органолептических свойств горячей воды. В настоящее время силикат натрия в качестве ингибитора на ТС предприятия практически не применяется. Других эффективных ингибиторов кислородной коррозии в г. Санкт-Петербурге, допустимых к применению в воде питьевого качества, до последнего времени не было известно.

Следует отметить, что предлагаемые сегодня композиции фосфоновых кислот и солей цинка являются по прямому назначению эффективными ингибиторами карбонатных отложений.

Их использование не устраняет необходимости проведения антикоррозионных мероприятий.

Природная невская вода — мягкая и мало щелочная — при параметрах СТ никогда не образует солевых отложений. Но даже, если бы был выявлен их антикоррозионный эффект в невской воде (таких испытаний не проводилось), целесообразность их применения в открытых системах оставалась бы под вопросом из-за больших затрат на реагенты. Ориентировочно для типовой системы мощностью 320 МВт было бы необходимо расходовать в год порядка Ют этого ингибитора. Общая стоимость данного мероприятия составляет около 2 млн долл. США.

Кроме этого имеются проблемы в плане промышленной безопасности. Так, на объектах Ленинградской области при применении вышеуказанных комплексонатов произошло 2 аварийных выхода котлоагрегатов из строя. Причиной появления отдулин на котловых трубах явилась кристаллизация комплексоната в наиболее теплонапряженных участках трубной системы.

Необходимо также учитывать, что при применении реагентов для коррекционной обработки воды в открытых СТ одним из важнейших вопросов является организация контроля его концентрации и мероприятий по предупреждению залповых поступлений в ТС.

Для борьбы с внутренней коррозией и ее отрицательными воздействиями в ГУП «ТЭК СПб» проводятся следующие мероприятия:

• — повышение качественного контроля режимов работы схемы водоподготовки при помощи стационарных, регистрирующих анализаторов кислорода;
• — улучшение режимов работы атмосферных и вакуумных деаэраторных установок;
• — применение герметика АГ-4 или паровой подушки в аккумуляторных баках, для предотвращения аэрации кислорода в подпиточную воду;

• — применение комплексонов в закрытых СТ («Гидро-Х», цинковые комплексоны ОЭДФ и НТФ);
• — применение инертно-механического ингибитора в открытых СТ с горячим водоразбором;
• — перевод открытых СТ на закрытые системы отопления с независимым ГВС;
• — применение фильтров различной конструкции для снижения отрицательного воздействия продуктов коррозии на котельное оборудование.

Рассмотрим некоторые из этих мероприятий подробно.

Эксплуатация автоматических анализаторов кислорода в сетевой воде. С 1994 г. ГУП «ТЭК СПб» осуществляло эксплуатацию анализаторов КАМ-04 на Коломяжской и Дубковской котельных Приморского филиала, а переносной анализатор КАМ-05 на Юго-Западном филиале. В августе 2002 г. в СТ с открытым ГВС ГУП «ТЭК СПб» установило автоматические анализаторы растворенного в воде кислорода (кислородомеры) КАМ-04 МП.1. Приборы были установлены на границах раздела принадлежности ТС предприятия (от ТЭЦ Обуховского завода и ТЭЦ № 5 АО «Ленэнерго», а также на собственной котельной мощностью 320 МВт). Установленное оборудование является сертифицированными средствами измерений и было зарегистрировано в Государственном реестре.

Периодические поверки проводятся в ФГУ «ТЕСТ-Санкт-Петербург» по стандартным газовым смесям.

С самого начала эксплуатации этих приборов было выявлено несоответствие их показаний с результатами анализов выполняемого работниками службы водного режима котельных.

Для определения концентрации растворенного кислорода службы водного режима ГУП «ТЭК СПб» применяют лабораторные методики визуальной калориметрии с химическим реактивом метиленовым голубым и титрование по методу Винклера. Использование метиленового голубого химического реактива позволяет регистрировать концентрации кислорода в диапазоне от 0 до 100 мкг/л. Метод Винклера дает возможность определять концентрацию О2 начиная от 200 мкг/л и выше.

Поскольку существующие нормы лежат в пределах 30−50 мк/л, то основным методом, который применяется на котельных предприятия, является метод с использованием метиленового голубого химического реактива. При эксплуатации анализаторов постоянно осуществлялась их проверка сопоставлением показаний с измерениями контрольным переносным прибором КАМ-05П, калибровка которого постоянно проверялась в лабораторных условиях, которые выявили, что разброс в показаниях приборов не выходил за рамки допустимых паспортных погрешностей. Одновременно, наряду со снятием показаний приборов службой водного режима Восточного филиала ГУП «ТЭК СПб» проводились контрольные измерения химическими методами.

Опытные данные, полученные анализатором и химическими анализами, приведены на рис. 1, 2.

Из рисунков видно, что если результаты совпадают, то опытные точки лежат на прямой линии. Совпадение результатов наблюдается свыше 200 мкг/л (по методу Винклера). При концентрациях кислорода до 30 мкг/л (по метиленовому голубому реактиву).

При больших концентрациях метиленовый голубой реактив дает существенное занижение результатов.

Для выяснения причин наблюдаемых различий была разработана специальная методика и рабочая группа из представителей ГП «ТЭК СПб» и ООО «ОКСИКОН» провела сопоставление показаний ручного анализатора КАМ-05П с результатами определения концентрации кислорода с помощью метиленового голубого реактива на модельных растворах.

Модельные растворы готовили насыщением воды, не содержащей растворенного кислорода, кислородом воздуха посредством диффузии через стенки силиконового шланга, по которому протекала анализируемая проба. Различные концентрации кислорода задавались путем кратного изменения длины шланга. Калибровка прибора была проверена продувкой датчика воздухом по равновесной концентрации. Исходная концентрация кислорода в воде составляла 6 мкг/л. Результаты измерений представлены на рис. 3.

Из рис. 3 видно, что показания кислородомера пропорциональны изменениям длины силиконового шланга. Методика метиленового голубого реактива показала существенное занижение концентрации по сравнению с показаниями кислородомера.

Так как этот метод с применением метиленового голубого реактива связан с окрашиванием пробы, то он носит исключительно субъективный характер при сопоставлении пробы со шкалой. Обычное большое содержание железа в пробах, которое в последствии коагулирует, позволяет предположить, что шкалы могут достаточно быстро «стареть».

Поэтому практически, если концентрация кислорода, измеренная с применением метиленового голубого, составляет 60−80 мкг/л, можно реально предполагать концентрацию в 2−3 раза большую.

Таким образом, использование анализаторов при измерениях концентраций растворенного кислорода дает более достоверную информацию. На рис. 4 приведен характерный среднесуточный ход зависимости концентрации кислорода в прямой сетевой воде ТЭЦ Обуховского завода в период отопительного сезона 2002;2003 гг. Из рисунка видно, что периодический контроль кислорода не дает правильной оценки концентрации из-за ее больших суточных изменений.

Также видно, что концентрация кислорода связана с суточными изменениями разбора ГВС.

Данный факт позволяет сделать вывод о плохом качестве подпиточной воды, по-видимому, из-за нестабильной работы вакуумных деаэраторов или присосов воздуха в баках-аккумуляторах.

ТЭЦ Обуховского завода работала со значительным превышением установленных норм, средняя концентрация за отопительный сезон составляла не менее 200 мкг/л, что вызывало значительную коррозию отопительных систем.

Неоднократные обращения работников Восточного филиала ГУП «ТЭК СПб», подкрепленные данными сертифицированного оборудования, к администрации ТЭЦ Обуховского завода, заставили заняться наладкой режимов работы оборудования.

Замена эжекторов деаэраторов и проведение ряда других мероприятий позволили в отопительном периоде 2003;2004 гг. довести концентрацию кислорода до значений, не превышающих установленных норм.

Анализаторы, установленные на котельных, позволяют оценивать и повреждаемость ТС, и работу оборудования самих котельных.

С начала отопительного сезона концентрация кислорода не превышала норм (30 мкг/л). С середины апреля 2003 г. наблюдается значительное их превышение. При уменьшении тепловой нагрузки недостаточная эффективность работы охладителей деаэрированной воды для поддержания требуемого температурного режима периодически заставляла подмешивать «сырую» воду. Применение автоматических анализаторов позволяет:

• — прогнозировать надежность работы оборудования и ТС, получая более объективные интегральные данные по концентрациям растворенного кислорода и оценивая скорости коррозии этих систем;
• — анализировать работу котельных и других источников теплоснабжения и определять конкретное оборудование, требующее наладки или замены. трубопровод антикоррозионный теплоснабжение

По сведениям службы водного режима Центрального филиала содержание железа в воде в результате такой очистки, проведенной на котельной (Загородный, 35) в январе 2004 г., снизилось в 3 раза. Визуальный осмотр очищенных поверхностей котла МГ-2 № 2 котельной Центрального филиала, проведенный после очистки в мае 2003 г., показал способность аппарата производить очистку до металла. По мнению специалистов предприятия, опыт использования аппаратов ФИВ-30 для очистки оборудования от отложений показал высокую эффективность очистки теплообменников, котлов. При этом отмечено:

• 1. Аппарат ФИВ-30 может использоваться для проведения очистки теплообменного оборудования;
• 2. Относительно невысокая стоимость работ;
• 3. Полное отсутствие экологически вредных выбросов и сбросов;
• 4. Безопасность проведения работ.

Однако отсутствие инструкции по проведению очистки теплообменных аппаратов и котлов сдерживает промышленное применение данных приборов на предприятии.