Непрерывная эксплуатация теплоэнергетического оборудования (паровые котлы, турбины, трубопроводы, соединительные узлы, дополнительное специальное оборудование и т. п.) приводит к возникновению и распространению очагов коррозии металлов оборудования и теплопроводов. Часть котлов (до 70%), установленных на ТЭЦ, выводится в резерв (летнее время) – детали такого оборудования могут быть подвержены атмосферной коррозии. Это требует обеспечения их защиты и консервирования (ПТЭ электростанций и сетей РФ).
В системах бытового горячего и оборотного водоснабжения коррозия металлов является основной причиной ухудшения качества и органолептических свойств воды. В зависимости от её химического наполнения и температуры, вероятность возникновения и скорость распространения коррозии существенно различается.
Выделяют механические, физические и химические методы защиты теплоэнергетического оборудования от коррозии. Они различны по степени эффективности и применению. При механических используют современные материалы и устройства, обеспечивающие удаление из теплоносителя (воды) примесей, провоцирующих появление ржавчины. В последнее время теплопроводы комплектуют трубами из молекулярно сшитого полиэтилена (ПЕКС, от англ. «PEX» – polyethylene-X). Согласно экспертному заключению института химической физики РАН, их технические характеристики (например, из ПЕКС-6 компании MICROPOL, Великобритания) значительно увеличивают допустимые нагрузки и расчетный срок службы. Другой используемый материал, хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ), по техническим характеристикам даже превосходит ПЕКС, срок гарантированной службы ХПВХ составляет 50 лет (в 3 раза и более превышает срок эксплуатации металлических труб (10-15 лет). Применение труб из ПЕКС или ХПВХ в практике водоснабжения частично решает проблему коррозии, поскольку данные материалы инертны к действию многих химических веществ, в том числе и агрессивных.
Однако, использование данных материалов для изготовления другого теплоэнергетического оборудования, например котлов, не представляется возможным. Для предотвращения коррозии металлических частей такого оборудования применяют методы снижения агрессивности теплоносителя – локализуют растворенные в воде О2, СО2 и другие газы. Большое количество углекислого газа может образовываться в системах с H-катионированием или при подкислении воды. Процедура локализации свободной углекислоты называется декарбонизацией, а прибор – декарбонизатором. Принцип его работы таков: при продувании воздуха через теплоноситель углекислый газ, растворенный в воде, распределяется между жидкой и газообразной фазами; избыток его удаляется с последней.
Существуют башенные декарбонизаторы и струйные (более современные). Преимущества струйных декарбонизаторов: габаритные размеры в 10 раз/вес в 40 раз меньше обычных башенных, эффективность действия выше. Помимо удаления углекислоты из раствора теплоносителя, декарбонизаторы окисляют двухвалентное железо, растворенное в воде до трехвалентного и, удаляют его механическими фильтрами.
Декарбонизаторы – это узкоспециальное оборудование, каждая модель производится на заказ, исходя из требований потребителя. Общие технические характеристики струйных декарбонизаторов, производимых, например, ООО «Кварк Промышленные Энергосберегающие Системы»:
- номинальная производительность: 1 – 600 т/ч,
- исходная концентрация CO2: до 300 мг/кг,
- концентрация CO2 на выходе 3-5 мг/кг,
- исходная концентрация двухвалентного железа: до 50 мг/кг,
- концентрация железа на выходе: до 0,3 мг/кг,
- давление воды на входе: 0,2 – 0,6 МПа,
- температура обрабатываемой воды: 5 – 80°С,
- капельный влагоунос: не более 0,1% от расхода.
Все модели изготавливаются из нержавеющей стали и требуют минимального обслуживания.
Процесс дэаэрации играет решающую роль в данном вопросе. Деаэраторы окончательно удаляют растворенные газы из воды (остатки оксида углерода, кислород). Наиболее эффективным и универсальным методом является термическая деаэрация. Независимо от производителя различают деаэраторы вакуумные (рабочее давление 0,0016 – 0,05 МПа) и атмосферные (0,12 МПа). Вакуумные деаэраторы ООО «Кварк» (0,012 МПа) со встроенным охладителем выпара обладают производительностью 1 – 300 т/ч при рабочей температуре воды 50 – 90°С. Вакуумные деаэратовы ОАО «Сарэнергомаш» (0,0016 МПа) (ДВ-X, X – производительность в т/ч) могут обработать от 1,5 до 800 т/ч при рабочей температуре воды 40 — 80°С. Более низкое рабочее давление, а также наличие подогрева деаэрируемой воды с помощью перегретого пара позволяет снизить рабочую температуру устройства, уменьшить затраты на деаэрацию и повысить эффективность процесса.
Атмосферные деаэраторы ООО «Кварк» обрабатывают до 400 т/ч воды, а ОАО «Сарэнергомаш» – до 200 т/ч, но при этом их рабочая температура составляет 100 – 109°С. Нагрев воды в деаэраторах ООО «Кварк» отсутствует, что предполагает наличие дополнительного нагревательного устройства. Нагрев большого количества воды может оказаться менее выгодным, чем создание пониженного давления, поэтому выбор типа деаэратора должен быть обусловлен экономическими расчетами.
К физическим методам защиты металлов относят протекторную защиту внутренней поверхности труб, лежащую в основе действия прибора IOREX (ОАО «Водоканал-Инжиниринг» и фирма «Sirius Co., Ltd.»). Опытно-промышленные испытания данного прибора продемонстрировали существенное снижение коррозии магистралей водопроводной воды.
Прибор IOREX – это полый латунный цилиндр с алюминиевым и углеродным (в виде углеволокна) электродами внутри. Вода, проходящая через электроды, выступает в роли электролита и формирует батарею Вольта с потенциалом 0,7 – 1 В. В основе антикоррозионного действия данного устройства лежит правило протекания окислительно-восстановительных реакций в гальваническом элементе – в первую очередь окисляется металл, имеющий наименьшее значение электрохимического потенциала. То есть, сначала будет окисляться алюминий, из которого сделан электрод, а не железо или медь, из которых изготовлены трубы. В процессе такой электрохимической обработки воды, присутствующий кислород под действием магнитного поля образует с железом ферромагнитные оксиды, предохраняющие поверхность металла от действия агрессивных веществ. Кроме того, согласно данным производителя, прибор IOREX оказывает дезинфицирующее действие на воду, предотвращая развитие микроорганизмов, а также улучшает ее реологические свойства.
На сегодняшний день разработаны, сертифицированы и доступны к реализации устройства для систем водоснабжения с различным диаметром/длиной труб, скоростью потока воды. Для бытового применения предназначены приборы, снабженные резьбой, IOR-SH, -APT, -15, -20 и -25 с внутренним диаметром от 8 до 25 мм, внешним диаметром от 40 до 115 мм и длиной от 150 до 520 мм. Вес устройства находится в диапазоне 0,5 – 9 кг. Максимальная скорость потока, на которую рассчитаны данные модификации устройств, варьируется от 0,3 до 3,5 м3/ч, а длина магистрали – от 120 до 350 м.
Для промышленного применения предназначены приборы, снабженные фланцами, IOR-32, -40, -50, -65, -80, -100, -125, -150, -200, -250 и -300 с внутренним диаметром от 32 до 300 мм, внешним диаметром от 125 до 400 мм и длиной от 550 до 800 мм. Вес такого устройства может достигать 350 кг. Максимальная скорость потока, на которую рассчитаны данные модификации устройств, варьируется от 5,8 до 500 м3/ч, а длина магистрали – от 470 до 2550 м. От типа прибора, интенсивности эксплуатации системы водоснабжения и ее технического состояния, срок службы прибора IOREX может достигать 10 лет, а длина обслуживаемой магистрали – 9000 м.
Наиболее эффективными методами предотвращения коррозии теплоэнергетического оборудования считаются химические методы, основанные на применении ингибиторов коррозии металлов (сталей, алюминия, цинка, меди и их сплавов). В последнее время применяют фосфорорганические комплексоны и/или комплексонаты (их соли), некоторые органические вещества и композиции на их основе. Эти вещества одновременно являются и ингибиторами солеотложений.
К применению в воде хозяйственно-питьевого и хозяйственно-бытового водопользования разрешены комплексонаты ОЭДФ-цинк дозой до 5 мг/л (гигиенический сертификат №61.РЦ6.243.П899.6.00 от 15.06.2000, ТУ 2439-001 — 24210860-97от 12.04.1997) и НТФ-цинк дозой до 1 мг/л (гигиенический сертификат №61.РЦ.2.243.П.612.4.99 от 12.04.1999, ТУ 2439-002 -24210860-99от 01.02.1999). В закрытых системах теплоснабжения (отопление) концентрация комплексонатов не нормируется, что является одной из причин, по которой запрещено использовать воду из систем бытового отопления для питья.
ОЭДФ-цинк: однородная жидкость от бесцветного до желто-зеленого цвета, может иметь мутный вид, массовая доля основного вещества 20-25%, массовая доля цинка 3,5-4,5%, плотность при +20°С 1,1 – 1,3 г/см3, показатель активности водородных ионов рН 7,0-8,0.
НТФ-цинк: жидкость от желтого до светло-коричневого цвета, представляет собой 25%-ный водный раствор натриевой соли цинкового комплекса оксиэтилидендифосфоновой кислоты, имеет плотность в пределах 1,20-1,30 г/см3, показатель активности водородных ионов pH 6,5 – 10,0.
Для консервации резервных котлов, турбин, деаэраторов, испарителей, энергоблоков на ТЭЦ чаще всего используют октадециламин (ОДА) высокой степени очистки с кондиционирующими добавками: на внутренних поверхностях оборудования формируется молекулярная пленка амина, предохраняющая металл от воздействия кислорода, углекислого газа и других коррозионно-агрессивных веществ.
Применение ингибиторов коррозии позволяет для некоторых типов теплоносителей исключить стадии умягчения, декарбонизации и деаэрации, а также осуществить отмывку системы циркуляции теплоносителя, иногда даже в ходе рабочего процесса без снижения используемой мощности (отмывка «на ходу»).
Эффективности химических методов защиты металла от коррозии сопутствует сложность их применения. Не существует универсального реагента, пригодного для отмывки теплоэнергетического оборудования – в каждом конкретном случае необходим индивидуальный выбор ингибитора коррозии, его концентраций. В случае неправильного выбора возможно не только снижение эффективности действия химических реагентов и фосфорорганических соединений, но и ускорение коррозионных процессов в системе, возникновение и разрастание различного рода биоотложений (биокоррозия). Вывод: применение химических реагентов возможно только с привлечением квалифицированных специалистов. Совокупное и грамотное применение методов защиты теплоэнергетического оборудования от коррозии позволяет значительно снизить износ системы и увеличить срок ее эксплуатации.
