Борьба с коррозией и биообрастанием в системах оборотного водоснабжения

Обработка оборотной охлаждающей воды производится с целью борьбы с коррозией, накипью, обрастанием (в том числе биологическим) и противостояния комбинаций любых из названных факторов. Коррозия способствует преждевременному ухудшению качества металла, из которого изготовлены трубопроводы. Отложения продуктом коррозии на стенках трубопроводов снижают как теплопередачу, так и скорость потока.

Накипь вызвана осаждением соединений, например углекислого кальция, которые становятся нерастворимыми при более высоких температурах. Накипь оказывает негативное влияние на теплопередачу и уменьшает скорость потока в трубопроводах.

Обрастание имеет место при выпадении в осадок взвешенных твердых веществ появлении продуктов коррозии и росте микробной массы на стенках труб. Обрастание оказывает на систему такое же негативное влияние, что и накипь, а кроме того, обрастание также способствует возникновению подшламовой коррозии.

В системах прямоточного охлаждения борьба с коррозией предусматривает использование различных неорганических фосфатов как в чистом виде, так и в соединении с цинком (Zn(P0₄)₂). При применении указанных соединений в небольших концентрациях эти соединения не образуют никакой видимой пленки на внутренней поверхности стенок труб. Однако их добавление приводит к уменьшению скорости коррозии примерно на 90%. Таким образом, химическое вещество, являясь ингибитором и действуя в мостах возможной потери металла, препятствует коррозионной реакции.

Накипь в системах оборотного водоснабжения вызывается наличием углекислого кальция, приводящего к изменению индекса устойчивости воды.

В системах питьевой воды для борьбы с накипью обычно используются полифосфаты.

В системах технической воды более эффективными ингибиторами для борьбы с накипеобразованием являются соли фосфиновой кислоты (фосфин РН₃), некоторые акрилатные полимеры (СН₂ = СНСООМ) или сочетание солей фосфиновой кислоты и акрилатом.

Названные ингибиторы взаимодействуют с ионами, обладающими потенциалом накипеобразования, и тем самым предотвращают рост кристаллов. Иногда для корректировки индекса устойчивости воды используется кислота, которая одновременно предотвращает осаждение СаС0₃. Если накипь вызвана осаждением марганца и железа, к использование кислоты неэффективно. Использование кислоты представляет собой наиболее экономически эффективный метод обработки прямоточных систем охлаждения с целью предотвращения осаждения СаС0₃.

Ингибиторы создают такие условия, при которых прекращается рост ядер кристаллов на теплопередающих поверхностях и линиях передачи. В этом процессе модификации кристаллов используются различные полимеры и различные соединения фосфата как органические, так и неорганические - а иногда и природные органические соединения.

В охлаждающей системе участки с низкими скоростями потока воды, например межтрубное пространство теплообменников, рубашки реакторов и компрессоров, вероятнее всего, станут местами скоплений осадка и их защита будет затруднена.

Большинство проблем загрязнения но всех типах систем охлаждения усложнено микробным действием. Осаждение шлама в трубах не только сказывается на эффектив­ности теплопередачи, но и действует как ловушка, которая улавливает взвешенные ве­щества, далее препятствуя теплопередаче. Кроме того, побочные продукты бактериаль­ного обмена веществ влияют на химию воды, движущейся в оборотной системе. В этом случае необходимо применение биоцидов и биологических диспергирующих агентов.

Редко когда коррозия, накипеобразование или обрастание системы происходят не­зависимо друг от друга. Обычно два или все три процесса развиваются вместе, что вы­зывает потери теплопередачи и преждевременную порчу стенок труб. Например, мик­робные организмы могут стимулировать возникновение накипи и коррозии; коррозия может способствовать увеличению содержания железа в воде и вызывать еще более ин­тенсивную коррозию.

Замкнутые системы обычно содержат различные металлы, что создает возмож­ность возникновения электрохимической коррозии. Возможность коррозии под дейст­вием растворенного в воде кислорода в замкнутых системах, как правило, небольшая вследствие незначительного количества требуемой подпиточной воды - главного источ­ника кислорода. Однако, в системах, для которых подпиточная вода по причине утечек требуется в больших количествах, кислород непрерывно появляется, и коррозия под его действием представляет серьезную проблему. Наличие кислорода может вызывать силь­ную питтинговую коррозию при повышенных температурах или в местах наиболее ин­тенсивной теплопередачи.

Предотвращение коррозии в замкнутых рециркуляционных системах достигается путем применения хроматов, ингибиторов на основе нитритов/нитратов или путем обработки, например, сульфированным маслом в довольно высоких концентрациях.

Теоретически в замкнутой системе образование накипи не должно представлять большую проблему, так как вода не уменьшается в объеме за счет испарения. В полно­стью замкнутой системе ни одно из известных веществ, образующих накипь, не осаж­дается на металлических поверхностях, чтобы препятствовать теплопередаче или спо­собствовать коррозии.

Однако если подпиточная вода требуется в больших объемах, то с каждой такой подпиткой провоцируется дополнительная накипь, и через некоторое время проблема накипеобразования может принять совсем другие масштабы. Кроме того, в местах с низкой скоростью потока воды, существует возможность появления осадка, ржавчины и взвешенных веществ, которые осаждаются на теплообменных поверхностях с образова­нием твердых отложений. Поэтому при обработке замкнутых систем обычно применя­ют ингибиторы накипеобразования и диспергирующие агенты, а для ее подпитки часто используют умягченную воду или конденсат.

Так как вода, циркулирующая в замкнутом контуре, не подвергается воздействию окружающей среды, то ее загрязнение илом, возникающим под действием воздуха, или песком, маловероятно. Однако в таких системах может иметь место загрязнение воды микробными массами при высокой частоте подпитки или при утечках технологической жидкой среды, способствующих росту бактерий. Обработка таких систем проводится биологическими средствами, совместимыми с применяемыми химическими вещества­ми, а также путем создания соответствующих условий эксплуатации замкнутых систем.

Если подпитка замкнутых систем проводится часто, то при проведении текущей обра­ботки системы желательно осуществить промывку замкнутых контуров водой с высокой скоростью потока и под высоким давлением дли удаления скопившихся загрязнений.

Таким образом, в системах оборотной охлаждающей воды борьба с коррозией проводится посредством применения неорганических или органических ингибиторов коррозии. Из неорганических ингибиторов наиболее часто применятся четыре: хром цинк, ортофосфат и полифосфат. Реже применяются молибдат, нитриты, нитраты, различные органические азотистые соединения, силикаты и природные органические соединения. Для борьбы с коррозией и накипеобразованием требуется набор органических ингибиторов. Обычно в такой набор входят фосфорорганические соединения и синтетические полимеры. Эти ингибиторы незаменимы для борьбы с коррозией стальных поверхностей и поверхностей из медных сплавов, а также для борьбы с накипью и отложениями. Фосфорорганические соединения и полимеры могут быть дополнены неорганическими веществами, например, хроматом или цинком. Отечественная группа компаний «Химагрегат» рекомендует для борьбы с коррозией и накипеобразованием следующие марки реагентов - ГЕДА, ПБТК, АТМФ. Последний признается достаточно эффективным стабилизатором солей жидкости в воде, разрушает образовавшиеся отложения. Все реагенты эффективны в широких диапазонах pH и температур. Из зарубежных разработчиков, производителей и поставщиков эффективных ингибиторов, иоцидов , реагентов следует признать как наиболее успешную группу компаний НАЛКО (NalChemicalCompany). Обрастание системы водяного охлаждения (в том числе выпадение в осадок и отложения твердых частиц) вызывается тем, что подпиточная вода может содержать растворенные твердые вещества, органические и взвешенные вещества, каждые из которых вносят свой вклад в обрастание системы. Система может стать чрезвычайно загрязненной микробами и слизеобразующими бактериями.

Из сырой воды и воздуха в систему попадают коллоидные органические вещее и илистые наносы, растворимое железо и микробы. Вблизи промышленных предприми с воздухом в систему могут попасть сероводород, диоксид серы и аммиак.

Для борьбы с микробными и органическими отложениями обычно используются синтетические органические соединения, включая полимеры и поверхностно-активные вещества.

Синтетические полимеры, например полиакрилаты или полиакриламиды, широко применяются в качестве диспергирующих агентов для ликвидации иловых наносов, песка, железа и других отложений неорганических соединений. Если в системе имеет место выпадение в осадок карбоната и сульфата кальция, то наиболее оптимальными ингибиторами являются фосфорорганические соединения, включая сложные эфиры высокомолекулярного спирта и фосфонаты. Однако, если такой осадок уже сформировался, борьба с накипеобразованием при использовании этих диспергирующих агентов осуществляется очень медленно.

В случае микробных отложений используют хром и бром. Их действие может быть значительно улучшено при использовании биологических диспергирующих агентов. Биологические диспергирующие агенты, разрывая биопленки, способствуют тому, чтобы токсическое вещество контактировало с большим количеством микробных организмов. В случае сильного загрязнения системы может потребоваться неокисляющий  биоцид (в основном органические химические вещества, а также сульфат меди). Известный отечественный биоцид МГХ-1 характеризуется низкой стоимостью, длительным и эффективным воздействием ко всем классам микроорганизмов.

Вернуться к списку