Источник: http://eprints.kname.edu.ua/2907/1/НЕСТЕРЕНКО_С.В..pdf
Повышенная коррозионная и накипная активность оборотных вод способствует образованию на теплообменных поверхностях слоя отложений, ухудшающих теплообмен, и, следовательно, ведет к дополнительным энергозатратам, потерям коксохимических продуктов и увеличению подпиточных вод.
Для охлаждающей воды оборотных циклов водоснабжения предприятий черной металлургии существуют следующие требования [1]:
1) оборотная вода не должна выделять механических, карбонатных и других солевых отложений. Ориентировочно допускается скорость отложений не более 0,25 г/м2·ч;
2) вода не должна вызывать точечной и язвенной коррозии, а также равномерной коррозии металла со скоростью, превышающей 0,09 г/м2·ч, и разрушение бетона.
Анализ имеющихся данных показывает, что коррозионная и накипная активность оборотных вод коксохимических заводов намного выше требуемого уровня (см. табл.1).
Целью данной работы является создание эффективной ингибиторной композиции, тормозящей одновременно процессы коррозии и накипеобразования в высокоминерализованной воде.
Существующая сегодня обработка подпиточной воды только фосфорорганическими комплексонами — ингибитором отложений минеральных солей (ИОМС) не решает поставленной задачи [2 — 4]. Так, на Алчевском КХЗ ИОМС используют для снижения процессов накипеобразования уже в течение многих лет. Доза его при обработке составляет 1,5 — 2 г на 1 м3 подпиточной воды. Анализ работы теплооб менного оборудования при использовании ингибитора ИОМС на этом аводе (цех улавливания №2) показал, что:
Oборотные воды цикла первичных газовых холодильников (ПГХ) обладают повышенной накипной и коррозионной активностью; существующие методы обработки оборотных вод ИОМС и (NH4)2SO4 не позволяют полностью предотвратить процессы накипеобразования и коррозии;
Наибольшие коррозионные разрушения проявляются со стороны ввода холодной воды. Это, по‐видимому, связано с отсутствием накипных отложений с холодной стороны ПГХ, наличием растворенного кислорода и большой скоростью потока движущейся воды; скорость коррозии угдеродистой стали составляет 0,4 — 0,6 г/м2·ч. При неравномерном характере коррозионных процессов, а скорость накипеобразования — 0,26 — 0,48 г/м2·ч. Характер отложений — рыхлые, легко отделяемые.
Для выяснения причин повышенной коррозионной активности, а также разработки методов ее снижения были проведены лабораторные исследования действия ИОМСа на коррозионную и накипную активность оборотной воды цеха улавливания №2 указанного завода. Подготовку и испытание образцов углеродистой стали марки Ст3 выполняли согласно ГОСТу 9.502 — 86, обработку образцов после испытаний — по ГОСТу 9.907 — 83, расчет показателя коррозионной стойкости — по ГОСТу 9.908 — 85. Определение содержания комплексона ИОМС, полифосфатов и ортофосфатов проводили по разработанной нами аналитической методике, заключающейся в фотометрическом измерении оптической плотности растворов восстановленной формы фосфорномолибденовой гетерополикислоты, которая образуется в кислой среде при взаимодействии ортофосфатов с молибдатом аммония. Раздельное определение стало возможным при четком разграничении условий окисления фосфонатов до ортофосфатов и условий обнаружения растворенных ортофосфатов.
Лабораторные испытания ингибитора ИОМС проводили термостатированием оборотной воды объемом 1 дм3 в колбе, снабженной обратным холодильником и мешалкой при температурах 40 и 70°С в течение 30 суток. В этой воде выполняли гравиметрические коррозионные испытания образцов углеродистой стали. После испытаний растворы отфильтровывали и определяли показатели качества воды; скорость коррозии оценивали по потере массы образцов; эффективность снижения процесса накипеобразования — по данным опытов по упариванию растворов в условиях термостатирования. Установлено, что эффективность снижения накипеобразования ИОМСом (2 мг/л) в оборотной воде в присутствии образцов из углеродистой стали марки Ст3 составила 45 — 50% (табл.2), тогда как в присутствии образцов из углеродистой стали с цинковым покрытием эта величина равнялась 80%.
Изучение состава отложений показало, что содержание в них железа при испытании без ИОМСа составило 15%, а в отложениях при испытании с ИОМСом — 26%. Увеличение концентрации ИОМСа до 5 мг/л, с одной стороны, увеличивает эффективность противонакипной обработки до 60%, а, с другой — содержание железа в отложениях повышается до 40%. Увеличение содержания железа в отложениях свидетельствует, что ИОМС стимулирует процессы коррозии. В связи с этим для снижения процесса коррозии в состав ИОМС добавляли ингибитор коррозии. С этой целью в оборотную воду, содержащую ИОМС, ввели гексаметафосфат натрия (ГМФ).
Испытание ингибиторной композиции (ИОМС — ГМФ) в лабораторных условиях по аналогичному алгоритму показало, что эта композиция эффективно тормозит процессы коррозии и накипеобразования. Эффективность процесса торможения накипеобразования составляет 85 — 86%. Изменение скорости коррозии при добавлении гексаметафосфата натрия в оборотную воду с ИОМСом приведены на рис.1. Анализ потенциостатических кривых показывает, что при добавлении ГМФ (2 мг/л) скорость коррозии углеродистой стали в оборотной воде снижается в 3 — 3,5 раза.
Рисунок 1 — Влияние гексаметафосфата натрия на коррозионную активность оборотной воды Алчевского КХЗ — 1: а) скорость коррозии оборотной воды с добавкой 2 мг/л ИОМС; 2 в) то же с добавкой 2 мг/л ГМФ
Положительные результаты при испытаниях в лабораторных условиях позволили рекомендовать данную композицию для испытаний в производственных условиях. Проверку эффективности ингибиторной композиции проводили на Алчевском КХЗ (цех улавливания №2). Перед началом подачи ГМФ оборотная система была промыта. Трубчатку ПГХ очистили от накипи с помощью ингибированной 5%‐ной соляной кислоты. Схема подачи ГМФ в оборотный цикл показана на рис.2. В процессе испытаний ИОМС подавали по существующей схеме в количестве 0,5-1г на 1 м3 подпиточной воды.
1 — приямок; 2 — трубопровод оборотной воды; 3 — ротаметр; 4 — напорный бак; 5 — линия подачи пара; 6 — линия подачи оборотной воды в приямок; 7 — насос
Рисунок 2 — Схема дозирования гексаметафосфата в оборотную воду
Оценка эффективности стабилизации процессов накипеобразования при испытаниях приведена в табл.3, а результаты гравиметрических коррозионных испытаний углеродистой стали в оборотных водах — в табл.4.
Анализ полученных результатов показывает, что введение в состав ингибиторов накипеобразования ИОМС эффективных ингибиторов коррозии (ГМФ) позволяет увеличить его противонакипный эффект в высокоминерализованных водах. Ингибиторная композиция ИОМС+ГМФ эффективно снижает скорость коррозионных процессов в 3 — 4 раза. Характер коррозии при этом становится равномерным, т.е. тормозятся процессы развития язвенной и точечной коррозии.
Более высокое торможение процессов коррозии и накипеобразования позволит увеличить межремонтный пробег теплообменного оборудования и снизит затраты на его очистку от накипи.
Экономический расчет показал, что внедрение указанной ингибиторной композиции на Алчевском КХЗ позволит получить экономический эффект 200 тыс. грн. в год.