Техпроцес енергозбереження в системах опалення

Техпроцес енергозбереження в системах опалення, який полягає в тому, що запобігають втратам тепла із систем опалення: зменшують витік теплоносія з проіржавлених ділянок (щілин) системи опалення, виключають намокання теплоізоляції на трубах у теплотрасах, а як теплоносій використовують воду з інгібітором корозії чорних металів, при цьому теплоносій готують таким чином: у воду додають інгібітор корозії в кількості 8 U 1 3 37520 При цьому слід зазначити, що продукти корозії іржа, відкладаючись на внутрішніх поверхнях труб і радіаторів засмічують їх, що істотно утруднює рух теплоносія в системі опалення, а також приводить до погіршення теплопередачі тепла від теплоносія до повітря приміщень. Причиною всього цього є корозія сталевих труб і радіаторів, а також котлів для нагрівання теплоносія, що у більшому ступені виявляється в області зварених швів, запірнорегулюючої арматури й ін., через розходження в хімічному складі звареного шва і металу, що зварюється. Причина негативних явищ у системах опалення - висока швидкість корозії чорних металів від впливу гарячої води, що тече в системах опалення. Зменшити швидкість корозії значить зменшити число аварій у системах опалення, зменшити число витоків гарячого теплоносія, запобігти намоканню теплоізоляції в теплотрасах, що в сукупності істотно збільшить економію енергії за рахунок скорочення її втрат. Досягнутий рівень техніки в області, що розглядається, характеризується численними винаходами. Наприклад, відомий спосіб для захисту вуглецевої сталі від корозії відповідно до [авт. св. СРСР №1673639А1, кл. C23F11/00, C23F22/44, опубл. 30.08.91. бюл. №32], згідно якого у воду вводять інгібітор, який містить. мг/л: силікат натрію 350 ¸ 400, декстрамін - 20 ¸ 250, гідросид натрію 10 ¸ 50, інше - вода. Недоліком названого способу є нестабільність інгібітора, яка обумовлена тим, що декстрамін розкладається при нагріванні. Відомий спосіб захисту чорних металів по [авт. св. СРСР №510534, кл. C23F11/02, опуол. 15.04.1976, бюл. №14], згідно якого у воду додають інгібітор, який містить, % мас: нітрит натрію 0,01 ¸ 0,02, дікарбонові солі натрію 0,174 ¸ 0,232, монокарбонові солі натрію - 0,087 ¸ 0,116, нейтральну органічну речовину - 0,011 ¸ 0,014, гідроксид натрію 0,003 ¸ 0,005, хлориди 0,003 ¸ 0,005, нерозчинні речовини 0,004 ¸ 0,006, вода - решта. Спосіб містить введення у воду 0,5% мас. інгібітора, причому нітриту натрію - 0,1 % і відходи жирних кислот - 0,4%. Недоліком відомого способу є нестабільність карбонових кислот при нагріванні до 70 ¸ 90°С в умовах контакту з поверхнею чорних металів. Відомий спосіб захисту від корозії згідно якого у воду додають інгібітор марки ТАЛ-25-13М, що виготовляється на ПО «Салаватнефтеоргсинтез», який використовується для захисту конденсаційнохолодильного устаткування. Цей інгібітор реагент амінного типу, захисний ефект якого забезпечується створенням на поверхні металу міцної плівки, що екранує. Цей інгібітор застосовується разом з підлугуючими реагентами (розчином кальцинованої соди), тому що його максимальний захисним ефект досягається тільки в нейтральному середовищі, інакше реагент буде додатково витрачатися на нейтралізацію - підвищення рН водяного середовища. [Журн.«Хімічна техніка» №6, 2002. Ст. Защита от коррозии оборудования в ОАО " Сибнефть - Омский НПЗ" Л.И.Граблина и др.] Недоліком способу є його висока вартість. 4 Відомий спосіб захисту від корозії чорних металів у водяних розчинах [по патенту України №43922, кл. C23F11/08, опубл. 15.01.2002, бюл. №1 2002], відповідно до якого у воду вводять інгібітор корозії, що містить не менше 0,15% мас. гідроксиду натрію і лігносульфонали у водяному розчині - не менше 0,3% мас. Недоліком відомого способу є дефіцитність інгібітора у зв'язку з використанням лігносульфоналів у якості аніонних поверхнево-активних речовин - пластифікаторів при виробництві будматеріалів (цементу, цегли й ін.). Лігносульфонали використовуються також, як ливарні закріплювачі, знижувачі в'язкості глинистих розчинів при буравленні шпар, як компоненти барвників, гербіцидів і ін. Відомий спосіб захисту чорних металів від корозії у воді [по деклараційному патенту України №9728 кл. C23F11/08, опубл. 17.10.2005. Бюл. №10 2005], відповідно до якого у воду вводять інгібітор корозії, у якості якого використовують шлам з ванн хімічного оксидування в концентрації 8-20г/л. Заявник - ОНУ імені I.І.Мечникова. Відомий ингібітор мав склад: гідроксид натрію, нітрид і нітрат натрію, фосфат натрію. Цей патент взято як найближчий аналог. Технічна задача, на рішення якої спрямована описувана корисна модель це створення такого техпроцесу енергозбереження в системах опалення, згідно якого енерговтрати в системах опалення багаторазово скорочуються, а в ряді випадків виключаються за рахунок багаторазового збільшення надійності роботи систем опалення, запобігання витоків теплоносія із систем опалення, запобігання намокання теплоізоляції на трубах теплотрас і різкого підвищення терміну служби систем опалення з чорних металів, завдяки появі нового технічного ефекту - багаторазового зменшення швидкості корозійних процесів у системах опалення. Згідно пропонуємого техпроцесу при його використанні цілком запобігається розвиток корозійних процесів на поверхні металу у теплоносії за рахунок надійної кисневої пасивації внутрішньої поверхні котлів, труб, радіаторів. Створення міцного безпористого шару з оксидів заліза на внутрішній поверхні труб і радіаторів, що ізолює воду від металу, забезпечує пасивне поводження чорних металів протягом багатьох літ, що у свою чергу забезпечує запобігання витоків теплоносія із систем опалення, запобігання намокання теплоізоляції на трубах теплотрас, приводить до різкого підвищення терміну служби систем опалення з чорних металів завдяки появі нового технічного ефекту - багаторазового зменшення швидкості корозійних процесів у системах опалення. Все це разом багаторазово скорочує енерговтрати в системах опалення. Поставлена задача вирішується пропонуємим техпроцессом енергозбереження в системах опалення, який полягає в тому, що запобігають втратам тепла із систем опалення унаслідок того, що зменшують витік теплоносія з проіржавлених ділянок (щілин) системи опалення, виключають намокання теплоізоляції на трубах у теплотрасах, а як теплоносій використовують воду з інгібітором ко 5 37520 розії чорних металів, при цьому теплоносій готують таким чином: у воду додають інгібітор корозії в кількості 8-16 г/л води, в який вводять гідроксид натрію, нітрид і нітрат натрію, фосфат натрію, який відрізняється тим, що в інгібітор додатково вводять дисилікат натрію пои наступних співвідношеннях компонентів, % мас: гідроксид натрію 30-46 нітрат натрію 6-9 нітрит натрію 12-14 фосфа т натрію 3-4 дисилікат натрію 3-4 вода без хлору решта, при цьому при готуванні теплоносія використовують воду без хлору, тобто зі свердловин або оброблену при знезаражуванні озоном замість з'єднань хлору, або дехлоровану воду, яку дехлорують відстоюванням протягом не менш 5 діб при відкритій поверхні або пропущенням через шар вугілля. переважно, активованого, який зв'язує хлор, а після введення інгібітора у воду останню відстоюють до повного освітлення теплоносія (не менше 10 годин), який потім і заливають у систему опалення. Для систем опалення, що містять товсті шари іржі в трубах, радіаторах, котлах то що, концентрацію інгібітора у теплоносії беруть 12-16г/л. Періодично контролюють концентрацію інгібітора в теплоносії і при необхідності підтримують ЇЇ на оптимальному рівні додаванням інгібітора. Додавання до відомих компонентів інгібітора нового компоненту дисиліката натрію, приводить до істотного поліпшення роботи інгібітора, наприклад, до його стабільності протягом тривалого часу, а також до гальмування корозійних процесів. Пропонуємий техпроцес виконують таким чином: Готують інгібітор корозії, для чого готують розчин при наступних співвідношеннях компонентів, % мас: гідроксид натрію 30-46 нітрат натрію 6-9 нітрит натрію 12-14 фосфа т натрію 3-4 дисилікат натрію 3-4 вода без хлору решта. Після цього готують теплоносій, для чого готують розчин складу: 10-16г/л інгібітора, вода решта, потім перемішують розчин з інгібітором і відстоюють не менш 10 годин до повного освітлення. Готовий теплоносій заливають в систему опалення. При цьому при готуванні теплоносія використовують воду без хлору: зі свердловин або оброблену при знезаражуванні озоном замість з'єднань хлору, або дехлоровану воду, яку дехлорують відстоюванням протягом не менш 5 діб при відкритій поверхні і/або пропущенням через шар вугілля, переважно, активованого, який зв'язує хлор. Хлор необхідно видаляти з теплоносія з тієї причини, що він р уйнує пассивацию на поверхні сталі і чавуна. Відстоюють теплоносій після уведення інгібітора до освітлення по наступній причині. 6 При розчиненні інгібітора у воді, яка містить солі жорсткості (з'єднання кальцію, магнію), останні переходять у нерозчинні з'єднання карбонату кальцію (СаСО3), карбонату магнію (MgCO3), гідроксиду магнію |Mg(OH)2|. гідроксокарбонату магнію (3MgCO3, Mg(OH)2-3H2O), випадають в осад до введення в системи опалення, Тому труби не обростають відкладеннями солей При введенні інгібітора, у воду, що містить солі жорсткості, відбувається зм'якшення води і випадання в осад з'єднань кальцію і магнію, що запобігає утворенню шумовиння і відкладення солей на внутрішній поверхні котлів і труб в опалювальних системах. Виведення солей жорсткості з інгібірованої води описується наступними хімічними реакціями: Са(НСО3)2+2NaOH=СаСО3+Na2CO3+2Н2О, Mg(HCO3)2+2NaOH=Mg(OH)2+Na2CO 3+H2O+CO 2, CaSO4+Na2CO3=Na2SO4+CaCО3, CO2+NaOH=Na2CO3+H2O, MgSO4+2NaOH=Na2SO4+Mg(OH)2 . Експерименти показали, що після введення інгібітора у воду із солевмістом 1000мг і вище, досягається залишкова жорсткість води менш 1мгекв/л, а при підігріві зм'якшеної води - до 0,2мгекв/л. При наявності в інгібіторі фосфатів досягається ще більш високий ступінь очищення води (до 0,03мг-екв/л), що пояснюється тим, що кальцієві і магнієві солі фосфорної кислоти мають найменшу розчинність у воді і цілком випадають в осад відповідно до приведених нижче хімічних реакцій: 3Са(НСО3)2+2Na3PO4=Са3(РО4) 2+6NaHCO3, 3Mg(HCO3)2+2Na3PO4=Mg3(PO4) 2+6NaНCO3, 3CaSO4+2Na3PO4=Ca3(PO4)2+3Na2SO4 . Після додавання у воду пропонованого інгібітора, відбувається практично миттєве утворення колоїдних з'єднань СаСО3 і Mg(OH)2, що характеризується помутнінням води. Разом з тим перехід з колоїдного в грубодісперсний стан з'єднань, що утворилися, і випадання їх в осад займає кілька годин, про що можна судити по освітленню рідини. Розчин стає прозорим і готовим для використання в замкнутих системах опалення або охолодження не менш чим через 10 годин після введення інгібітора. Іншою перевагою пропонуємого техпроцесу є його доступність і мала вартість інгібітора. Для систем опалення, що містять товсті шари іржі в груба х, радіаторах, котлах тощо, концентрацію інгібітора у теплоносії беруть 12-16 г/л. Періодично контролюють концентрацію інгібітора в теплоносії і при необхідності підтримують її на оптимальному рівні додаванням концентрованого розчину інгібітора. Ефективність пропонуємого техпроцесу описана в наступних прикладах. Дослідження протикорозійних властивостей пропонованої корисної моделі проводили в лабораторії у такий спосіб. Брали наважки інгібітора від 0,5 до 20г які розчиняли в 1л дехлорованої води із солевмістом 420мг/л. Після розчинення інгібітора при перемішуванні у воді розчин відстоювали протягом 10 годин, в результаті чого розчин освітлювався. Одержували прозорий розчин з концентрацією інгібітора в 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 12; 14; 16; 18; 20г/л. 7 37520 Корозійні іспити проводили на пронумерованих зразках з листової сталі марки Ст. 15 по ДОСТ 9045-70 розміром 5´2´0,2см, тобто зі сталі, з якої виготовляють труби систем опалення. Теплоносій готували з водопровідної води м. Одеси, що характеризується загальним солевмістом 420мг/л. Дослідження проводили протягом року за звичайною методикою в розчинах з концентрацією інгібітора у теплоносії від 0 до 20г/л. Зразки поміщалися в скляні судини ємністю 250мл і герметично закривалися. Також проводили дослідження в системах опалення приватних будинків, опалювальних від котельні, від якої теплоносій подавався по теплотрасі, прокладеної в бетонному каналі під землею на відстані 500м від будинків. Зразки для досліджень поміщали в розширювальні бачки встановлені па горищах приватних будинків. Результати отримані такі ж, як у лабораторії. Зважування зразків проводили через 30 діб з точністю 0,1мг на вагах ВЛА-200М. Дослідження в гарячій воді проводили в термостаті марки ТБ-110, де підтримувалася температура 65°С протягом усього часу досліджень. Контрольний зразок випробували у водопровідній воді (горводопровід м. Одеси). Результати зменшення швидкості корозії зразків у залежності від концентрації інгібітора і температури інгібірованої води описані в приведених нижче прикладах (таблиця). Приведені середні результати 5 експериментів кожного складу інгібітора при температур: 22±3°С та 65±3°С, що проводили в термостаті марки ТБ 110 з точністю регулювання ±3°С протягом року. Таблиця Залежність шв идкості корозії зразків труби зі сталі марки Ст.15 в ід концентрації інгібітора у теплоносії і його температури Шв идкість корозії труби зі сталі марки Ст.15г/м 2.за Концентрація інгібітора: г/л годину При 22±3°С При 65±3°С 0 0,1160 0,1920 0,5 0,1200 0,1991 1 0,1250 0,2043 2 0,1120 0,1234 3 0,0708 0,0842 4 0,0112 0,0208 5 0,0073 0,0106 6 0,0022 0,0042 7 0,0016 0,0031 8 0,0014 0,0023 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 8 9 10 12 14 16 18 20 0,0013 0,0012 0,0012 0,0012 0,0012 0,0013 0,0013 0,0018 0,0015 0,0014 0,0014 0,0014 0,0015 0,0016 Огляд зразків труби при експериментах і аналіз результатів корозійних руйнувань поверхні зразків показав, що поверхня сталевих пластин піддається суцільної корозії при концентрації інгібітора у воді рівної 0; 0,5; 1г/л. Починаючи з концентрації інгібітора рівної 2г/л, площа корозійних руйнувань зменшується (до концентрації інгібітора рівної 5г/л з'являються тільки вогнища корозії), а при концентрації інгібітора 8г/л і вище - слідів корозійних руйнувань на зразках не виявлено. Швидкість корозії металу, при концентрації інгібітора понад 8г/л, не перевищувала 0,0012г/м 2 за рік для кімнатної температури і 0,0014г/м 2 за рік для температури 65±3°С . У порівнянні з не інгібірованою водопровідною водою введення інгібітора в кількості понад 8г/л повністю припиняло корозійні процеси. У результаті чорні метали у воді з інгібітором показали дуже високу стійкість до корозії: практично залишались незміними протягом року. Приведені експериментальні результати досліджень пропонованого техпроцесу показали високу ефективність і можливість його застосування в тепломережах з метою багаторазового енергозбереження теплоносія за рахунок зниження корозії трубопроводів, радіаторів і іншого устатк ування з чорних металів, що забезпечує надійність роботи систем опалювання. При цьому теплоізоляція на теплотрасі залишалась сухою внаслідок того, що витоків теплоносія з труб не виникало. Додаткові дослідження складу теплоносія показали, що зменшення концентрації приведених у формулі компонентів інгібітора істотно погіршує властивості теплоносія, наприклад, швидкість корозії при цьому зростає. Збільшення концентрації компонентів інгібітора в теплоносії не приводить до одержання позитивного результату. Встановлено також, що співвідношення між компонентами в теплоносії є оптимальними й у випадку зміни цих співвідношень властивості теплоносія також помітно погіршуються. Пропонована корисна модель може бути успішно використана в опалювальних системах міст і мікрорайонів, приватних будинків, дачних будівель, у системах охолодження тощо. Техпроцес дозволяє зберегти до 30% енергії у системах теплопостачання. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601