Корозията в отоплителните инсталации

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 7, 2010

Част II. Методи за предварителна обработка на водата

   В предишен брой на сп. Инженеринг ревю стартирахме темата за проблема с корозията в отоплителните инсталации. Бяха представени част от методите за предварителна обработка на водата като превантивна мярка за защита на отоплителната инсталацията от негативното въздействие на съдържащите се в нея вещества като деаериране на водата в деаератори. Разгледани бяха и част от процесите за химична обработка на водата – сулфатиране и фосфатиране. Към химичната обработка на водата се причислява и третирането й с инхибитори.

Третиране на водата с анодни и катодни инхибитори
Известно е, че инхибиторът (от лат. Inhibeo – задържам, спирам) е вещество, което потиска даден химичен процес. Инхибиторите, използвани за предпазване на металите от корозия, са химически съединения, които в неголеми количества водят до забавяне на процеса на корозия на металите, поставени в агресивни среди. Тяхното защитно действие е обусловено от изменение на състоянието на металната повърхност, дължащо се на адсорбция или образуване на трудно разтворими съединения с йоните на метала. Резултатът е образуването на повърхностен тънък слой, който е със съществено по-малка дебелина от използваните защитни покрития.
Добавката на инхибитори във водата предотвратява корозионните процеси върху металните повърхнини, независимо от съдържанието на кислород. В зависимост от начина на образуване на защитния предпазен слой, инхибиторите се определят като катодни или анодни. Анодните инхибитори могат да забавят анодното разтваряне и да предизвикат пасивност на метала. Също така е добре да се има предвид, че те са с по-лоши експлоатационни качества. Недостатъчната концентрация на инхибитор във водата не само не осигурява защита на метала, но дори може да доведе до активизиране на корозията. Това усложнява използването им и налага постоянен контрол на концентрацията им.
Използването на катодни инхибитори води до намаляване на скоростта на катодните процеси. За да бъде ефективно действието на инхибиторите, е необходимо да има контакт между тях и метала. Само тогава защитният слой върху металната повърхност би бил стабилен. Поради тази причина се препоръчва преди системата да се подложи на обработка с инхибитори предварително да се почисти от отлагания.
Ако отоплителната система включва тръби, изработени от различни метали, следва да се използват продукти, съдържащи комплекс от инхибитори, за да се осигури защитата на всяка метална повърхност. Също така е добре да се има предвид, че някои от използваните инхибитори за вода, например, съдържащи хром и цинк, са токсично и екологично опасни.
Сред използваните методи за предпазване на металните елементи в отоплителните инсталации е и електрохимичната обработка
Характерно за нея е, че в специален съд се предизвиква катодна реакция на кислорода с активирана метална плоча. Тя е от цинк или стомана с покритие от легиращи материали.
Недостатък на метода на електрохимична обработка е фактът, че големи зони от инсталацията се оставят на действието на корозията, преди да бъде отделен кислородът.

Твърдост на водата в отоплителните системи
Важен показател за приложимостта на водата за захранване на отоплителни инсталации е нейната твърдост. Тя се определя от общата концентрация на калциевите и магнезиевите йони във водата. Означава се с Н. В зависимост от анионния състав на водата, твърдостта е карбонатна и некарбонатна. Сумата от двете дава общата твърдост.
Нивото на твърдост на водата в природата би могло да варира в широки граници. Калциевите и магнезиевите компоненти са относително неразтворими във водата и са склонни към утаяване. Това води до образуване на накип и утайки, поради което директното използване на такава вода не е препоръчително.

Негативни последици от образуване на накип
Накипът, по-широко познат като котлен камък, представлява твърда плътна маса с r = 2,5 g/cm3, която се образува при кристализацията на едно или няколко малко разтворими съединения. В зависимост от това дали кристализацията протича при по-ниска или по-висока температура от кипенето на водата, се различават нискотемпературно и високотемпературно накипообразуване.
Образуването на накип при загряване на водата е в пряка зависимост от нейната твърдост. В основата на процеса е получаване на СаСО3 при нарушаване на СО2 равновесие. Протичащата реакция се описва като:
Са(НСО3) ® СаСО3 + СО2 + Н2О.
Накипът се отлага по повърхностите на котлите, топлообменниците и тръбите, което води до негативни последици. Образуването на накип в котела, например, води до намаляване на неговата топлинна мощност. Според специалисти, дори 1 mm накип може да доведе до увеличаване енергопотреблението с повече от 10%. Също така, накипът води и до увеличаване на повърхностната температура до 50% над изчислителната стойност. Резултатът е корозия, намаляване на ефективността на котела и преразход на гориво. Отлагането на накип зависи и от повърхностната температура, като с нейното повишаване интензитетът на отлагане нараства.

Предотвратяване образуването на накип
За предотвратяване образуването на накип се предприемат различни мерки. Като един от най-сигурните начини за предотвратяване образуването на накип се приема омекотяването на водата. Целта на този процес е предварително да се отделят калциевите и магнезиевите йони от водата. Обикновено процесът протича в отделни съдове, които са запълнени с йонообменни материали – йонити (с минерален и органичен произход). В съдовете се редуват обратими процеси в стехиометрични количества:
- омекотяване с отделяне на Са и Mg;
- обезсоляване с отделяне на катионите и анионите;
- декарбонизация с отделяне на НСО3.
Използван метод за омекотяване на водата е и добавяне на реагенти, които свързват йоните, наречени накипообразуватели в лесно разтворими комплекси. Практикува се и обработване на подхранващата вода в магнитно, ултразвуково или високочестотно електрическо поле, които изменят условията на кристализация и йоните се отделят като утайка.

Методи за отстраняване на накипа
В приложения, в които не се практикува предварителна обработка на водата, с цел ограничаване на накипообразуването, се предприема периодично отстраняване на образувалия се накип. Освен механичното отстраняване, което е приложимо предимно за лесно демонтируеми детайли, се използва и химическо очистване с реагенти. То се практикува за отделяне на накипа от детайли, при които механичното отстраняване е трудно приложимо.
Процесът на химично отстраняване, при който накипът се разтваря, следва да бъде внимателно проследяван, тъй като е възможно този процес да предизвика корозия на металите. В технологията за химично очистване се включват и предварително промиване с вода с цел отстраняване на утайки и примеси, алкално изваряване (NaOH, Na2CO3) за обезмасляване и основно очистване с киселини - солна и лимонена, или реагенти с ниско рН като трилон, например.

Решаване на проблема с утайките
Допълнително негативно последствие от корозията върху металните повърхности е образуването на утайки (шлам). Съществуването на утайки в системата за централно топлоснабдяване предизвиква редица нежелани ефекти. В зависимост от проведената химическа очистка, утайката може да съдържа различни по големина кристали, които циркулират или се утаяват в системата. Циркулиращите в системата частици могат да доведат до повишено износване и поява на неравномерност в работата на помпите. Възможно е да окажат влияние и върху пластините на топлообменниците. Утаяваните частици се натрупват в ниската част на тръбите, помпите и топлообменниците, което, освен че влошава експлоатационните характеристики на съоръженията, води до т.нар. повърхностна корозия, появяваща се под слоя утайка.
Предприемането на мерки за отделяне на образувалия се шлам подобрява експлоатационните условия и намалява скоростта на корозия. Предотвратява се отлагането на шлама по повърхността на топлообменниците, помпите и измервателните уреди.
За да се осигури циркулиране на вода без шлам в отоплителната инсталация, се препоръчва механично и магнитно филтриране на топлоносителя.

Пълно и частично филтриране на водата
Водата може да бъде подложена на пълно или частично филтриране. При пълното филтриране, 100% от водата преминава през филтъра. Използва се във вторични циркулационни кръгове за предпазване на термостатичните вентили, помпите, регулиращите вентили, топлообменниците и радиаторите. Необходимо е да се осигурят условия за нормално топлоснабдяване при замърсяване на филтъра.
При частичното филтриране, през филтъра преминава само от 5 до 15% от общото количество вода. Прилагането му е свързано с намаляване на експлоатационните разходи.
Сред използваните филтри за механично пречистване в големите топлоснабдителни системи са ръкавни филтри, които задържат частици с размери от порядъка на 5 – 10 mm. Те са с малък разход на енергия, тъй като само несъществено количество от водата преодолява съпротивлението на филтъра. Почистването на ръкавните филтри е лесно и не се налага изключване на циркулационните помпи.

Дебелината на слоя накип - критерий за обработката
Изискванията, на които трябва да отговаря водата в топлоснобдителните системи, работещи с температура на топлоносителя в границите от 35 до 80 оС, се свеждат предимно до нейното предварително омекотяване и деаериране или напълно деминерализиране и деаериране.
Като критерий, определящ необходимата обработка на водата за отоплителните инсталации, се използва допустимата дебелина s (mm) на слоя накип. Обикновено се приема, че отлагането е равномерно по цялата нагревна повърхност, при което за определяне на допустимата дебелина s на накипа се използва изразът s = 1,6Vинс/Qта, mm. В него с е концентрацията на Са(НСО3)2 във водата (mol/m3), Vин - водният обем на инсталацията (m3), Qта - топлинната мощност на котела или топлообменния апарат (kW). Условието е дебелината да бъде s = 0,05 mm, като се предполага десетократна неравномерност на слоя. Следователно, за максималния обем на загряваната вода Vmax, без да се повиши недопустимо дебелината на накипа, се получава Vmax = Vин + Vдоп = 0,0313Qта/c (m3), където Vдоп е обемът на водата, с която се допълва инсталацията през експлоатационния период (m3). За измерване на този обем обикновено се използва самостоятелен водомер.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top