Спосіб протикорозійної та протинакипної обробки води в системах опалення з водяним теплоносієм

Реферат: Спосіб протикорозійного й протинакипної обробки води в системах опалення з водяним теплоносієм, що включає реагентне знекиснення підживлювальної та мережної води каталізованим знекиснюючим реагентом й обробку бактерицидним реагентом, причому в мережеву воду подають композицію реагенту, що складається з каталізатора окислювальновідновних реакцій, знекиснюючого реагенту, біоцидного водорозчинного полімеру й плівкоутворювального аміну, як біоцидний полімер застосовують високомолекулярне гуанідинове з'єднання, зокрема полігексаметиленгуанідин, а як плівкоутворюючий амін застосовують октадециламін. UA 122796 U (12) UA 122796 U UA 122796 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до систем опалення з водяним теплоносієм. Вона спрямована на вдосконалення методів обробки мережної води, ідо циркулює в системі водяного опалення для зниження її корозійної агресивності й накипоутворюючих властивостей. Відомий спосіб захисту систем теплопостачання від корозії та супутнього залізоокисного накипоутворення, які полягають в термічному або хімічному знекисненні підживлювальної води. Недолік цього способу захисту систем опалення від корозії полягає в наступному. Знекиснення підживлювальної води не виключає кисневої корозії циркуляційного тракту системи опалення через те, що деяка кількість кисню може потрапляти в систему безпосередньо в процесі її циркуляції по тракту, а не вноситися з підживлювальною водою. Крім кисневої корозії важливе значення має й біохімічна корозія низькотемпературного тракту системи опалення (тобто трубопроводів зворотної мережної води). Відомо, що значна частина корозійних руйнувань металів у багатьох природних і виробничих середовищах результат біохімічної корозії. При цьому з урахуванням умов роботи зворотних водоводів систем водяного опалення звертається увага на особливу роль у прискоренні корозії металів сульфатредуковних бактерій (СРБ). Їх основним метаболітом є сірководень, який являє собою сильний стимулятор корозії сталі. Відомо, що СРБ можуть розвиватися при досить високих температурах (до 80 °C включно), тобто в умовах найбільш ймовірного температурного режиму роботи трубопроводів зворотної мережної води. Крім того, зазначені бактерії є анаеробними, тобто однією з умов їх розвитку є відсутність кисню, що також характерно для роботи зворотних трубопроводів мережної води. Крім принципового збільшення витрат на ремонт і заміну теплотрас. Їх корозія призводить до не менш значних економічних втрат, пов'язаних із занесенням теплопоглинальних поверхонь теплогенераторів вторинними відкладеннями (тобто відкладеннями, що утворюються в результаті забруднення води у процесі її бaгаторазової циркуляції в системі). Крім перевитрати палива забруднення поверхонь теплогенераторів призводить і до інших наслідків, зокрема, зростання гідравлічного опору системи теплопостачання й пов'язаною з цим перевитратою електроенергії на циркуляцію мережної води. Зазначені недоліки існуючих методів захисту систем опалення від корозії зумовили доцільність пошуку й впровадження інших методів обробки мережної води, в тому числі й заснованих на застосуванні реагентів комплексної дії, що забезпечують поряд із знекисненням оброблюваної води, інгібування процесів інших видів корозії та залізоокисного накипоутворення. Відомі способи обробки мережної води комплексонами на основі цинкових солей оксіетилідендіфосфонової або нітрилтріметилфосфонової кислоти. Застосування даних реагентів забезпечує деякий захист систем опалення від корозії та накипоутворення. Однак, солі цинку є ефективними інгібіторами корозії при відносно низькій мінералізації мережної води (сумарний вміст хлоридів і сульфатів не повинен перевищувати 300 мг/л), що для багатьох регіонів України не може бути забезпечено. Крім того, ці реагенти не є ефективними для боротьби з біохімічної корозією й при великих концентраціях кисню в мережній воді. Зазначені реагенти не дозволяють також захистити систему від стоянкової корозії. Найближче до заявленої корисної моделі належать способи обробки води знекиснюючими реагентами та, зокрема каталізованим сульфідом натрію. Недоліками зазначеного способу є наступне: - контроль за ефективністю обробки при застосуванні зазначених реагентів здійснюється за величиною залишкового кисню в мережевій воді та наявності заданого надлишку реагенту в точці введення (як правило, підживлювальна вода або в кращому випадку, тракт мережної води безпосередньо перед мережевими насосами). При цьому не враховується, що в разі підсмоктування кисню по тракту швидкість його хімічної реакції з оксидами заліза досить висока, щоб в точці введення реагентів не містилося його помітних надлишків, отже, має місце факт наявності кисневої корозії в умовах удаваної відсутності кисню в мережній воді. - введення в мережеву воду композиції, що містить знекиснюючий peaгент каталізатор окислювально-відновних реакцій, зумовлює значне подорожчання процесу реагентного знекиснення мережної води. Відомо, що каталізатор у складі цієї композиції становить значну частину її вартості. Відомо також, що каталізатор виливає на швидкість хімічної реакції, проте сам при цьому не витрачається. Таким чином, при введенні знекиснюючого реагенту спільно з каталізатором в мережевій воді буде постійно накопичуватися каталізатор до безглуздо великих концентрацій. - введення знекиснюючого реагенту впливає тільки на швидкість кисневої корозії та є абсолютно нейтральним по відношенню до інших видів корозії, які в ряді випадків мають не менш важливе значення при роботі систем опалення, ніж киснева корозія. 1 UA 122796 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - знекиснюючий реагент не впливає на інтенсивність залізоокисного накипоутворення, яке за інших рівних умов пропорційно вмісту заліза в мережевій воді й щільності теплового потоку на теплопоглинальних поверхнях котлів. Поставлена перед авторами задача полягає в створенні такого способу, який дозволить усунути вищевказані недоліки, а саме: подавити кисневу й біохімічну корозію трас (трубопроводів), знизити витрати на реагентне знекислення, а також підвищити ефективність комплексного захисту тракту системи теплопостачання під різних видів корозії, а також поверхонь теплогенеруючих апаратів від утворення вторинного залізоокисного накипу. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб протикорозійної та протинакипної обробки води в системах опалення з водяним теплоносієм, що включає реагентне знекиснення підживлювальної та мережної води каталізованим знекиснюючим реагентом й обробку бактерицидним реагентом, подачі до мережної води композиції реагентів, що складається з каталізатора окислювально-відновних реакцій (ОВР), знекиснюючого реагенту, подачі біоцидного водорозчинного полімеру й плівкоутворювальною аміну, причому, як біоцидний полімер, застосовують високомолекулярне гуанідинове з'єднання, зокрема полігексаметиленгуанідин, а як плівкоутворюючий амін застосовують октадециламін, причому гуанідиновий бактерицид і ОДА подають до мережної води в концентраціях 0,5-2 мг/л кожного, а каталізатор ОВР вводять в систему незалежно від введення знекиснюючого реагенту, контроль же за режимом витиснення мережної води здійснюють шляхом підтримки заданих надлишків знекиснюючого реагенту незалежно від концентрації каталізатора. Каталізатор, який вводиться в мережеву воду, не витрачається при зв'язуванні кисню, та його втрати обумовлені тільки втратами мережної води, а введення його в мережеву воду й контроль за його вмістом в мережевій воді здійснюють індивідуально й окремо від знекиснюючого реагенту. Хімічний же контроль над процесом знекиснення мережної води здійснюють не за вмістом кисню, а за наявністю заданих (відносно невеликих) надлишків знекиснюючого реагенту, що є основним параметром для регулювання його витрати. В умовах присутності каталізатора ОВР, наявність надлишків знекиснюючого реагенту свідчить про повну відсутність кисню у воді, що оброблюється. Необхідність збільшення витрат знекиснюючого реагенту від сформованої його витрати свідчить про появу нового джерела надходження кисню до мережної води. При цьому з одного боку, ця додаткова кількість кисню нейтралізується додатковою кількістю знекиснюючого pеагенту, що безперервно вводиться, з іншого боку, у експлуатаційного персоналу є інформація, достатня для пошуку й усунення цього, яке знову з'явилося, джерела забруднення мережної води корозійно-агресивним компонентом. Інтенсивність корозійних процесів контролюють за динамікою зміни вмісту заліза в мережевій воді на різних ділянках тракту її циркуляції. Крім каталізатора ОВР і знекиснюючого реагенту до мережної води вводять суміш високомолекулярних органічних сполук (що належать до класу водорозчинних полімерів), які утворюють на поверхні металу захисну плівку. Застосування полімерів забезпечує захист внутрішніх поверхонь теплотрас та внутрішньобудинкових комунікацій від інших (крім кисневої) потенційно можливих видів корозії металу. Як високомолекулярну органічну сполуку, використовують суміш плівкотвірних амінів (зокрема, октадециламін (ОДА)) і поліалкілгуанідинів (зокрема, полігексаметиленгуанідину (ПГМГ)). Октадециламін, який є сильною органічною основою, мас здатність адсорбції на поверхні металу, незалежно від ступеня забрудненості її відкладеннями та продуктами корозії, що обумовлює його інгібуючі корозію металу властивості за рахунок утворення на поверхні металу мономолекулярної захисної плівки, яка перешкоджає контакту поверхні металу з агресивними домішками, що містяться у воді, яка оброблюється. Поліалкілгуанідини належать до розряду водорозчинних полімерів, що володіють в залежності від умов застосування флокуліруючими або диспергуючими й бактерицидними властивостями. Спільне застосування ОДА і ПГМГ призводить до того, що знижуються флокуліруючі й підвищуються диспергуючі властивості ПГМГ, посилюються інгібуючі властивості ОДА, підвищується бактерицидна дія ПГМГ. Застосування суміші вищевказаних органічних речовин призводить до прояву корисних для роботи теплових мереж властивостей: - на поверхні металу мережевих трубопроводів утворюється захисна плівка, що володіє бактерицидними властивостями, яка в умовах раніше описаних заходів, забезпечує відсутність кисню в мережевій воді, надійно захищає метал від різних видів корозії, включаючи біохімічну корозію; 2 UA 122796 U 5 10 15 20 - дозування підвищених концентрацій цих речовин в кінці опалювального сезону призводить до зниження величини різних видів стоянкової корозії: кисневої (через наявність на поверхні трубопроводів тонкої захисної плівки, що складається з суміші плівкоутворюючого аміну й поліалкілгуанідина); біохімічної (через наявність широкого спектра бактерицидних властивостей цієї плівки); підшламової корозії (через сумарну дію першого й другого факторів). Диспергуючі (пептизуючі) властивості водорозчинних полімерів створюють умови, що перешкоджають адгезії продуктів корозії, які, як правило, знаходяться в мережевій воді в дрібно дисперсному стані до поверхні теплопоглинальних поверхонь водогрійних котлів, будучи, таким чином, на ряду зі зниженням інтенсивності корозійних процесів в системі ефективним засобом боротьби з залізоокисним накипоутворенням. Введення реагентів: каталізатор ОВР і знекислюючий реагент подають перед водогрійним котлом на усмоктування мережевих насосів; суміш високомолекулярних полімерів подають в систему періодично й безпосередньо після котла. Останнє необхідно з точки зору термостійкості ПГМГ, яка становить 120 °C. Припускають, що на стінках теплопоглинальних поверхонь котлів температура може бути вище 120 °C, навіть якщо температура мережної води після котла нижче 120 °C. Припускають, що температура мережної води після котла перед подачею в систему не перевищує 120 °C. У разі, якщо на окремих проміжках опалювального сезону необхідно витримувати опалювальний графік із температурою прямої води більше 120 °C, то подачу суміші високомолекулярних водорозчинних полімерів до мережної води припиняють. Приклади реалізації способу. Приклади реалізації. Якість системи теплопостачання, що підживлюється водою, наведено в таблиці 1. Таблиця 1 Якість підживлювальної води системи теплопостачання, в якій проводилися дослідно-промислові випробування заявленого способу Показники, що визначаються Розмірність Величина хлориди сульфати Мг/л 140 Мг/л 270 Жорсткість загальна Мг-екв/л 0,05 Лужність загальна Мг-екв/л 3,5 Солевміст Вміст кисню Мг/л 720 Мг/л 0,05 25 До застосування заявленого способу якість мережної води відповідали вимогам, наведеним у таблицях 2, 3 і 4. Таблиця 2 Якість мережної води в початковій ділянці трубопроводу зворотної мережної води до застосування заявленого способу Показники, що Жорсткість Хлориди Сульфати визначаються загальна Розмірність Мг/л Мг/л Мг-екв/л Величина 140 190 0,05 Лужність загальна Мг-екв/л 2,5 Солевміст Мг/л 680 Вміст Вміст заліза кисню Мг/л Мкг/л 0,35 350 Таблиця 3 Якість мережної води в кінцевій ділянці трубопроводу зворотної мережної води до застосування заявленого способу Показники, що Хлориди Сульфати визначаються Розмірність Мг/л Мг/л Величина 140 175 Жорсткість загальна Мг-екв/л 0,05 30 3 Лужність загальна Мг-екв/л 2,5 Солевміст Мг/л 660 Вміст кисню Мг/л 0,05 Вміст заліза Мкг/л 750 UA 122796 U Таблиця 4 Якість прямої мережевої води безпосередньо після водогрійних котлів до застосування заявленого способу Показники, що Хлориди Сульфати визначаються Розмірність Мг/л Мг/л Величина 140 190 5 10 Жорсткість загальна Мг-екв/л 0,05 Лужність загальна Мг-екв/л 2,5 Солевміст Мг/л 680 Вміст кисню Мг/л 0,02 Вміст заліза Мкг/л 350 Як видно з наведених у таблиці 2 показників, початкова ділянка трубопроводу зворотної мережної води характеризується високим вмістом кисню, який повністю спрацьовується до потрапляння води в котли. Крім зміни вмісту кисню у воді перед котлами помітно змінився вміст сульфатів і заліза. Причому концентрація сульфатів знизилася, а концентрація заліза зросла до значень, які значно перевищують визначену за "спрацьованим" киснем стехіометричну величину (таблиця 3). Вміст заліза в мережевій воді безпосередньо після водогрійних котлів знову значно знизився, що свідчить про високу інтенсивність залізоокисного накипоутворення (таблиця 4). Після введення реагентів відповідно до заявленого способу у початкову ділянку трубопроводу зворотної мережної води якість мережної води змінилася відповідно до показників, наведених в таблицях 5, 6 і 7. Таблиця 5 Якість мережної води в початковій ділянці трубопроводу зворотної мережної води після застосування заявленого способу Показники, що Хлориди Сульфати визначаються Розмірність Мг/л Мг/л Величина 140 270 Жорсткість загальна Мг-екв/л 0,05 Лужність загальна Мг-екв/л 2,5 Солевміст Мг/л 700 Вміст кисню Мг/л 0,02 Вміст заліза Мкг/л 150 15 Таблиця 6 Якість мережної води в кінцевій ділянці трубопроводу зворотної мережної води після застосування заявленого способу Показники, що Хлориди Сульфати визначаються Розмірність Мг/л Мг/л Величина 140 270 Жорсткість загальна Мг-екв/л 0,05 Лужність загальна Мг-екв/л 3,2 Солевміст Мг/л 700 Вміст кисню Мг/л 0,02 Вміст заліза Мкг/л 70 Таблиця 7 Якість прямої мережевої води безпосередньо після водогрійних котлів після застосування заявленого способу Показники, що Хлориди Сульфати визначаються Розмірність Мг/л Мг/л Величина 140 270 20 Жорсткість загальна Мг-екв/л 0,05 Лужність загальна Мг-екв/л 3,2 Солевміст Мг/л 700 Вміст кисню Mг/л 0,02 Вміст заліза Мкг/л 180 Як видно з наведених у таблиці 5 показників, після введення реагентів відповідав до заявленого способу, якість води в початковій ділянці трубопроводу зворотної мережної води характеризується зниженням вмісту кисню до слідів. Крім зміни вмісту кисню у воді перед котлами помітно змінився вміст сульфатів і заліза безпосередньо перед котлами: концентрація сульфатів відновилася до вихідних значень, а концентрація заліза значно зменшилася (таблиця 6). 4 UA 122796 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Зазначені зміни якості мережної води перед котлами привели до того, що вміст заліза в мережевій воді безпосередньо після водогрійних котлів практично дорівнює його вмісту у воді перед котлами, що свідчить про придушення процесів залізо-окисного накипоутворення (таблиця 7). Таким чином, спільне застосування поліалкіленгуанідина, плівкоутворювального аміну каталізатора ОВР і монорозчину знекиснюючого реагенту підсилює їх дію відносно захисту від усіх видів корозії та залізоокисного накипоутворення. Джерела інформації: 1. Гарг Г.Н. Сан'ял Б., Пандей Г.Н. Мікробіологічна корозія металів, що викликається сульфатвідновлюючими бактеріями, під ред. Ф.М. Іванова, С.Н. Горшина. - М.: Будвидат, 1984. – С. 222-230. 2. Герасименко А.А. Біокорозія та захист металоконструкції. Особливості процесу біокорозії. Мікробна корозія в природних середовищах // Практика протикорозійного захисту. - 1998. № 4(10). – С. 14-26. 3. Талалай А.В., Шукайло Б.Н., Коломоєць П.В. Аналіз причин та шляхи боротьби з бактеріальною корозією трубопроводів теплових мереж м. Одеса. У зб. "Сучасні технології водопідготовки та захисту обладнання від корозії та накипоутворення" Москва 2003 с. 41-44. 4. Погребова І.С., Козлова І.А., Пуриш Л.М. та ін. Механізм інгібування мікробної корозії сталі у присутності сульфатредуцюючих бактерій // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2001. - Т. 37, № 1. - С. 57-63. (Прототип). 5. Потапов С.А., Дрикер Б.Н., Цирульнікова Н.В. Про застосування цинкового комплексу ОЕДФ в системах теплопостачання та гарячого водопостачання. "Енергозбереження та водопідготовка", 2004, № 3, с. 57-60. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб протикорозійного й протинакипної обробки води в системах опалення з водяним теплоносієм, що включає реагентне знекиснення підживлювальної та мережної води каталізованим знекиснюючим реагентом й обробку бактерицидним реагентом, який відрізняється тим, що в мережеву воду подають композицію реагенту, що складається з каталізатора окислювально-відновних реакцій, знекиснюючого реагенту, біоцидного водорозчинного полімеру й плівкоутворювального аміну, причому як і біоцидний полімер застосовують високомолекулярне гуанідинове з’єднання, зокрема полігексаметиленгуанідин, а як плівкоутворюючий амін застосовують октадециламін. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що гуанідиновий бактерицид і ОДА подають до мережної води в концентраціях 0,5-2 мг/л кожного. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що каталізатор ОВР вводять в систему незалежно від введення знекиснюючого реагенту, а контроль за режимом знекиснення мережної води здійснюють шляхом підтримки заданих надлишків знекиснюючого реагенту незалежно від концентрації каталізатора. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5