CC BY
64
УДК 621.311.22
! ЗАГРЯЗНЕНИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ I И ИССЛЕДОВАНИЕ МОЮЩИХ РАСТВОРОВ ДЛЯ ИХ УДАЛЕНИЯ
ш
А.И. Глазырин, А.А. Глазырин
1§| Павлодарский государственный университет им. С.Торайгырова
'УУУуУ
11| Мацалада химияльщ реагенттер epmindijepm пайдаланып жылу
|ЦЙ жуйеЫ к,урал-жабдьщтарын uioeindi ластанудан тазарту технологиялары || бойынша втктлген лабораторияльщзерттеулердщ нэтижелгр! бертген.
'' Щ В статье представлены материалы по лабораторным исследованиям
llpl и разработке технологий и схем по удалению отложений растворами
р|' химических реагентов.
Ш1| The article presents the materials of laboratory researches and elabora-
Щр lions of technologies and schemes for the removal of sediments by the chemical
i , reagents solutions.
Теплоснабжение населения требует высокой степени надежности, которая зависит не только от стабильной работы источника теплоснабжения, но и от надежности передачи тепла приборами отопления, возможностью передачи требуемого количества теплоносителя по трубам к приборам отопления.
За период между отопительными сезонами в местных системах отопления и магистральныхтрубо-проводах накапливается большое количество продуктов коррозии и других загрязнений, которые попадают на поверхности нагрева теплофикационного оборудования, оседают в нагревательных приборах, где скорость теплоносителя за-
метно снижается, осадки ( отложения) уплотняются и их трудно, а порой невозможно удалить при промывке водой.
При пуске тепловых сетей в работу в первые 4-6 недель отопительного сезона содержание железа в сетевой воде в 3-5 раз превышает средние сезонные показатели. В этот период нагревательные приборы интенсивно загрязняются оксидами железа. Основной причиной скопления оксидов железа в отопительных системах является стояночная коррозия, ко торая интенсивнее коррозии в период работы тепловых сетей в отопительный сезон на порядок. Предотвратить коррозию в неработающих местных системах
отопления возможно, для чего необходимо выполнить консервацию их раствором силиката натрия перед остановом на летний период.
Магистральные трубопроводы перед началом отопительного сезона, в лучшем случае, промывают водой или водой с воздухом (гидропневматическая промывка). Часто пуск тепловых сетей в зиму выполняется без проведения промывки магистральных трубопроводов.
Статья посвящена разработке технологии и схемных решений по осуществлению химической очистки систем отопления и магистральных трубопроводов для удаления осадков без их разборки, а также защиты трубопроводов в период их простоя в резерве или ремонте.
Количество загрязнений, поступающих в нагревательные приборы и трубы, зависит от качества воды циркулирующей и подпитывающей систему теплоснабжения. Качество сетевой и подпиточ-ной воды тепловых сетей нормируется. Химический состав исходной воды различный, поэтому в составе сетевой и подпиточной воды могут быть коррозионно опасные составляющие, например Я042~, СГ, по которым подпитывающая вода не нормируется.
В то же время содержание этих составляющих оказывает значительное влияние на процессы коррозии металла труб системы, а следовательно, на окончательный состав воды в теплосети и, как результат, на количество и состав отложе-
ний в трубопроводах тепловой сета и нагревательных приборах.
Коррозионная агрессивность воды определяется в основном содержанием диоксида углерода СО. кислорода 02, сероводорода Н.5 оксидов железа и ионов С 1 ~ 8042~. Свободный диоксид углерода присутствует во всех водах имеющих рН ниже 8,3 - 8,4, при более высоких рН С02 находится з воде в различных количествах в составе ионов СО,-2-, НС03~, которые при повышении температуры разлагаются с выделением в воду свободной С02. Кислород обогащает исходную воду по пределам растворимости его при данной температуре
Одним из основных источников поступления оксидов железа е воду теплосети является к о р -розия оборудования и трубопроводов, Оксиды железа, поступающие с исходной водой, оцениваются величиной от 0,1 до 0,3 мг/кг и зависят от технологии обработки воды перед подачей ее в теплосеть. Оксиды железа появляются в результате коррозии металла тракта до деаэратора из-за присосов кислорода с воздухом. Оксиды железа поступают и в результате коррозии тракта трубопроводов за деаэратором из-за остаточного содержания за деаэратором кислорода и углекислоты Это один из основных источников поступления кислорода в условиях эксплуатации и может оцениваться величиной от 0,7 до 1,5 мг/кг оксидов железа, образующихся в тепловых сетях. Имеется вынос оксидов железа из баков деаэраторов, аккумуляторных баков при изменении
гидравлического режима на этих участках.
Наиболее опасным следует считать содержание в воде одновременно кислорода и свободной
углекислоты. Окисление железа в присутствии свободной углекислоты протекает в две стадии: с образованием бикарбоната железа
Fe + 2С02 + 2Н20 = Fe (НС03)2 + Н2, с образованием оксидов железа
4Fe (НС03)г + 02 = 2Fe203 + 8С02 + 4Н20.
Каждая единица веса кислорода в присутствии свободной углекислоты выдает в воду 7 весовых единиц железа.
Если имеется проскок кислорода в воду теплосети, то кислород, участвуя в процессах коррозии, срабатывается в трубопроводах теплосети и в местных системах отопления в радиусе 1 км от источника загрязнения.
В летний период простоя идет интенсивная коррозия местных систем отопления и трубопроводов. При пуске тепловых сетей в осенний период содержание оксидов железа превышает допустимые нормы в течение 4-6 недель, достигая 1000 мг/кг, а в первоначальный период 3000 мг/кг. Затем содержание железа в воде теплосети снижается за счет выпадения его на поверхностях нагрева водогрейных котлов и сетевых подогревателей, а также за счет выпадения оксидов железа в виде различных соединений с другими примесями на поверхностях нагревательных приборов в результате снижения скорости движения теплоносителя.
В составе отложений систем отопления в обязательном порядке находятся соли жесткости (от 15 до 35%), что объясняется поступлением их с подпиточной водой или через порывы труб бойлеров систем отопления.
Отложения в трубах тепловых сетей и в нагревательных приборах можно охарактеризовать как солевые, так и смешанные, т.к. содержание оксидов железа в них находится на уровне 30 - 70% . Высокое содержание карбонатов в отложениях позволяет характеризовать их как щелочноземельные. Отложения по химическому составу могут быть весьма разнообразными в зависимости от химического состава исходной воды, схемы и технологии подготовки подпиточной воды тепловых сетей. Содержание оксидов железа в отложениях зависит от скорости коррозии металла труб и нагревательных приборов, коррозия в свою очередь зависит от качества деаэрации подпиточной воды теплосети, содержания в воде свободной С02 и, в значительной степени, от состояния системы в пе-
риод летнего простоя в резерве или ремонте, т.е. от качества консервации тепловых сетей.
В отложениях тепловых сетей и нагревательных приборах содержатся оксиды железа в основном в виде гидроокиси Ре(ОН)3 и как переходное соединение в виде Ре(ОН)2, в виде гематита Р203, вюстита БеО, в виде шпинелидов - сложных окислов, представляющих собой растворы Б304 с другими окислами А12Оэ, М§0, ¿пО и др., а также /Ре, М§, Мп, Ъъ/ • Ре,03 или /М§, ве, ¿п, Мп/ • А1204.
Шпинелиды чаще всего черного или темно-бурого цвета. Встречается оксид железа в отложениях и в виде магнетита Ре304 оксида черного цвета, обладающего сильными магнитными свойствами.
Одной из основных составляющих отложений в трубах тепловых сетей и нагревательных приборах являются карбонатные отложения, в основном в виде / Са, М^, Zn, Ре, Си/»С03.Это плотные кристаллические отложения. Карбонаты хорошо растворимы в минеральных кислотах, при этом образуется газообразная углекислота С02, которая способствует разрыхлению отложений.
Сульфаты /Са, Си, Хп! •504*ЗН20 преимущественно кальциевые, обладают большой твердостью и плотностью.
Силикаты в отложениях встречаются в виде гидрагиро-ванных молекул, например: Са81205*2Н20 или в виде безводных соединений. Эти соединения трудно растворимы в растворах кислот и
удаляются полностью или ч а с -тично в щелочах или в растворах кислот в присутствии фторидов /НР, Н4Р и др.
При проведении лабораторных исследований ставилась задача выбора химических реагентов и концентрации их в промывочных растворах для очистки нагревательных приборов и трубопроводов в пределах здания.
При проведении исследований к технологии химической очистки предъявлялись следующие требования:
- эффективное растворение отложений с одновременной защитой металла от разрушений;
- максимально возможное удаление из оборудования промывочного раствора и не растворившихся частиц отложений, шлама;
-нейтрализация остатков кислоты;
- защита отмытых поверхностей на период между отмывкой и пуском систем в работу;
- очистка отработавших растворов перед сбросом в водоем.
Выбор схемы и технологического режима химической очистки должен производится после анализа отложений, определения их количества. Существуют методы очистки с циркуляцией раствора по контуру и без циркуляции. При промывке тепловых сетей применим способ промывки только с циркуляцией раствора с целью удаления отмытых отложений из нагревательных приборов и из труб систем отопления, для чего монтируется специальная схема.
Следует учитывать, что по окончании промывки в нагревательных приборах должно оставаться минимальное количество взвешенных веществ. Необходимо соблюдать требования по возможности равномерной отмывки отложений по всем промываемым поверхностям.
Для исследования были выбраны растворы как органических, так и минеральных кислот, проверялись моющие свойства при различных температурах и концентрациях реагентов. Лабораторные исследования проводились на образцах различной степени загрязненности, вырезанных из стояков и горизонтальных участков труб, из верхней, средней и нижней частей чугунных радиаторов.
Отложения на образцах плотные. Струей воды смывается только рыхлый слой с отложений.
Для каждого из видов образцов исследовались несколько вариантов технологии очистки от отложений.
Во всех опытах сравнивалась эффективность гидропневматической отмывки с гидравлической отмывкой. Учитывалось, что при промывке систем отопления воздух может (и будет) скапливаться в верхних частях стояков системы отопления.
Опыты показали, что при промывке систем отопления следует использовать только воду, а не смесь ее с воздухом.
Проводились исследования по промывке систем отопления с добавлением в раствор одного или
нескольких реагентов: соляной кислоты, водного конденсата (исходной концентрации 30%), комплексообразующих (трилона Б), в раствор соляной кислоты добавлялась плавиковая кислота в различных дозах. Проводились опыты по отмывке отложений растворами НМК различной концентрации с добавлением в него раствора соляной кислоты, опыты по отмывке растворами комплексообразующи-ми фосфорсодержащими (ОЭДФ) как с добавлением в них раствора соляной кислоты, так и в чистом виде, 2% раствором фталевого ангидрида.
Следует отметить основные результаты лабораторных исследований по поиску моющих растворов и режимов проведения отмывки систем отопления от внутренних отложений без их частичного демонтажа.
- Промывку следует вести со скоростями, учитывая температуру, концентрацию промывочного раствора, количество и состав отложений. Промывка всех отмываемых поверхностей должна идти равномерно, в противном случае в участках на входе промывочного раствора в контур циркуляции, отложения отмоются до металла и появятся свищи, в то время как дальние участки могут остаться практически не отмытыми.
Температура моющего раствора, в зависимости от реагента, должна поддерживается на уровне 20-70 °С. Для раствора соляной кислоты желательно иметь температуру на уровне 20 - 40 "С.
- Концентрация кислоты в
моющем растворе должна быть минимально возможной, что позволит осуществлять отмывку равномерно по всей поверхности промываемых систем.
Отмывать отложения из поверхностей необходимо не более чем на 60 - 80%. Это гарантирует значительное улучшение гидравлического режима и теплоотдачи, в то же время позволяет заканчивать химическую очистку без свищей в системах отопления, что чрезвычайно важно, иначе теряется смысл в проведении очистки систем без разборки.
- При суммарном содержании в отложениях органических веществ и кремниевых соединений более 20% первым этапом химической очистки следует проводить щелочение, в остальных случаях на первой стадии используется раствор кислоты.
Отмывка должна выполняться пульсирующе, что резко интенсифицирует процесс удаления взвешенных веществ, образующихся при отмывке.
Если после химической очистки система идет в останов, то обязательна стадия консервации поверхностей нагрева раствором силиката натрия с концентрацией не менее 2 г/л по ЗЮ^.
Приготовление промывочных растворов вести на воде из теплосети.
- Для удаления глинистых веществ, частично органических, а также для разрыхления плотных отложений при первой стадии отмывку можно проводить щелочением
поверхностей нагрева 1 - 1,5% раствором КаОН с температурой 60 -70 °С в течение не менее 10-12 часов. В щелочном растворе количество взвешенных веществ минимальное. При возможности щелочной раствор можно слить в емкость для повторного его использования в стадии нейтрализации остатков кислоты перед консервацией.
-Исследования технологии отмывки отложений проводились с растворами соляной кислоты концентрации 1-2%, при температурах от 20 до 70 С, смесью раствора соляной кислоты и водного конденсата (50% + 50%), смесью соляной кислоты 80% и 20% ОЭДФ, смесью растворов соляной кислоты 1% + Юг/ л трилона Б, смесью растворов соляной кислоты 1,5% и плавиковой кислоты 0,5%.
Проводилась серия опытов по отмывке отложений смесью растворов соляной кислоты 10 г/кг и ОЭДФ 10 г/кг, комплексообразую-щими на основе солей ЭДТА 10 г/ кг, при рН около 4, температуре моющего раствора 70 °С , так как большую температуру моющего раствора в условиях эксплуатации получить не реально.
Исследовались различные моющие смеси раствора НМК (низкомолекулярных кислот) как отдельно в чистом виде (с ингибиторами), так и в смеси с соляной кислотой. В чистом виде ( в виде раствора) применяется НМК при концентрации 2 - 4% в пересчете на уксусную .
Если после химической очи-
стки система идет в останов, то обязательна стадия консервации поверхностей нагрева раствором силиката натрия с концентрацией не менее 2 г/л по Si032'.
На основании исследований предлагаются варианты технологии химической очистки систем отопления с нагревательными приборами без их разборки.
ЛИТЕРАТУРА
1 .Акользин П.А. Некоторые
проблемы коррозии металла теплоэнергетических установок. М.: Энергия., 1973,
2. Глазырин А.И., Кострики-на Е.Ю. Консервация энергетического оборудования. М.: Энергоато-миздат, 1987, С 168.
