REAGENT TREATMENT OF HEATING WATER AT A CHEMICAL PLANT

Середкина О.Р.¹, Куликов М.А.², Козлов С.Г.³

¹Ассистент,

²кандидат химических наук,

³кандидат технических наук,

Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета

РЕАГЕНТНАЯ ОБРАБОТКА ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ВОДЫ НА ХИМИЧЕСКОМ ПРЕДПРИЯТИИ

Аннотация

Приводятся результаты опытно-промышленных испытаний реагента «ОПТИОН-313» для обработки теплофикационной воды в условиях предприятия по производству азотных удобрений.

Ключевые слова: солеотложение и накипеобразование, реагентная обработка воды, Zn-ОЭДФ.

Seredkina O.R.¹, Kulikov M.A.², Kozlov S.G.³

¹Assistant,

²Candidate of Chemical Science,

³Candidate of Technical Science,

State National Research Politechnical University of Perm, Berezniki branch

REAGENT TREATMENT OF HEATING WATER AT A CHEMICAL PLANT

Abstract

The results of pilot testing reagent «OPTION-313» for the treatment of heating water in an enterprise for the production of nitrogen fertilizers have been presented.

Keywords: scaling and scale formation, reagent treatment of water, Zn-OEDF.

Металлическая поверхность, находящаяся в контакте с горячей водой, через некоторое время покрывается слоем накипи, представляющей собой сложную смесь нерастворимых в воде солей. Причиной данного процесса являются растворённые соли кальция и магния, содержащиеся в значительных количествах в воде. Для промышленных теплотехнических систем защита от накипеобразования – одна из главных задач увеличения срока службы трубопроводов и повышения энергетической эффективности теплообменников. Кроме этого, при отложениях накипи сокращается внутреннее сечение трубчатых элементов, что приводит к увеличению общего гидравлического сопротивления системы. За счёт различия в значениях коэффициентов теплопроводности металла и образующихся отложений увеличение толщины их слоя приводит к снижению коэффициента теплопередачи. Поддержание заданного температурного режима достигается путём увеличения расхода теплоносителя, что вызывает перерасход тепла и электроэнергии. Загрязнение теплообменного оборудования солеотложениями не только снижает эффективность его работы и требует периодической остановки для проведения очистки, но и, что самое важное, приводит к экономическим потерям при производстве, транспортировке и потреблении тепла.

В настоящее время известны разнообразные способы снижения скорости нежелательных инкрустационных процессов.

Обработка воды магнитным способом заключается в воздействии магнитных полей на поток воды [1]. Источниками магнитного поля в аппаратах магнитной обработки воды могут быть постоянные магниты и электромагниты. Данный метод предотвращает образование накипи посредством формирования из накипеобразующих солей шлама, удаляемого при продувках и межсезонных чистках. Противонакипной эффект в этом случае определяется как параметрами работы самого аппарата, так и качественными показателями обрабатываемой воды.

Для снижения солеотложений используется ультразвуковая обработка воды [2]. Наведение на поток воды слабых ультразвуковых колебаний приводит к образованию множества постоянно движущихся центров кристаллизации. Это затрудняет образование твёрдой фазы на поверхностях теплообмена. Кроме этого, ультразвук приводит к интенсивному образованию центров кристаллизации в объёме воды. При воздействии ультразвука происходит разрушение образующихся в воде кристаллов солей, что не позволяет им достичь размеров, необходимых для образования осадка.

Наибольшее распространение получили реагентные способы снижения солеотложений и накипеобразования [3 – 7]. В теплоэнергетике чаще других используются фосфоновые соединения – «фосфонаты». К таким соединениям относится 1–гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ) и её комплексы с металлами (комплексонаты). Из производных ОЭДФ большое внимание уделяется комплексу с цинком Zn-ОЭДФ – реагент «ОПТИОН-313» [8]. Он используется в качестве антинакипина и ингибитора коррозии в теплотехнических системах, в качестве ингибитора солеотложений в установках обратного осмоса. Сравнительные испытания показали, что данный реагент по своим характеристикам не уступает импортным аналогам [9].

Принцип действия комплексонов заключается в образовании устойчивых водорастворимых хелатов с ионами кальция и магния. Также комплексоны способны сорбироваться в процессе зародышеобразования солей жёсткости, вызывая их шламовую кристаллизацию. Малые концентрации комплексонов и комплексонатов в воде способствуют и разрушению уже образовавшихся отложений, обеспечивая высокую степень очистки теплообменных поверхностей.

Объём воды в системе теплоснабжения химического предприятия по производству азотных удобрений составляет около 3000 м³, подпитка системы осуществляется осветлённой водой в количестве ~ 25 м³/ч.

Ввод в теплофикационную воду реагента ОПТИОН-313 проходил в два этапа. На первом этапе в деаэратор был загружен 1 м³ раствора ингибитора с массовой долей основного вещества 15 % с последующим включением циркуляции воды.

Для контроля концентрации реагента в системе и ряда показателей качества воды был проведён отбор проб в нескольких точках через 3, 23, 51 час после начала циркуляции (таблица 1).

Таблица 1 – Результаты анализа проб на первом этапе обработки

Анализ проб показал, что концентрация ингибитора в пересчете на Р₂О₅ в пробах теплофикационной воды, отобранных через 3 часа, составила от 8 до 20 мг/дм³. Разброс значений объясняется неравномерностью перемешивания воды в системе. В пробах, отобранных на следующий день в наиболее удалённых от места ввода точках системы, концентрация ингибитора была уже практически одинаковой и составила около 4 мг/дм³ Р₂О₅.

В пробах, отобранных через двое суток, концентрация реагента уменьшилась до значений 1,1-1,2 мг/дм³ Р₂О₅. Сопоставимые значения концентрации фосфатов свидетельствует о равномерном распределении ингибитора во всей системе. Причиной же снижения концентрации фосфатов является разрушение отложений с образованием комплексов в виде шлама, который периодически выводится из системы.

Повторная обработка теплофикационной воды ингибитором коррозии и накипеобразования проведена через месяц после первой, осуществлен слив 1 м³ раствора реагента такой же концентрации в деаэратор.

Отбор проб теплофикационной воды проведён в тех же точках через 2, 26, 47 часов после окончания слива реагента (таблица 2).

Анализ проб показал, что значения концентрации Р₂О₅ в трёх пробах воды, отобранных через 2 часа после слива реагента, различались между собой и составили 9,6-12,1 мг/дм³, через 26 и 47 часов концентрации были практически одинаковыми – 4,1-4,2 и 2,8-2,9 мг/дм³ соответственно.

Сравнительный анализ полученных результатов показал, что повторная обработка системы раствором реагента привела к изменению показателей качества теплофикационной воды. Концентрация общего железа снизилась с 1,1-3,3 мг/дм³ до 0,2-0,4 мг/дм³, мутность уменьшилась с 9,2-20,7 мг/дм³ до 0-0,4 мг/дм³, увеличилось содержание солей с 132-156 мг/дм³ до 257-266 мг/дм³, возросла жёсткость до значений 2,3-2,6 ммоль/дм³. Несмотря на увеличение жёсткости воды, толщина солевого слоя на внутренней поверхности трубопроводов и оборудования сократилась. Периодическая дозировка реагента в систему на протяжении шести месяцев позволила практически полностью удалить накипь и снизить скорость инкрустационных процессов.

Таблица 2 – Результаты анализа проб на втором этапе обработки

На основании полученных результатов сделан вывод об эффективности обработки теплофикационной воды ингибитором накипеобразования и коррозии «ОПТИОН-313».

Литература

1. Федоров С. А. Магнитные и электронные ингибиторы накипи // Водоочистка. – 2009. – № 8. – С. 44 – 47.
2. Николаевский Н.Н. Ультразвуковой метод предотвращения накипе-образования // Новости теплоснабжения. – 2002. – № 10 (26). – С. 44 – 45.
3. Потапов С.А. Комплексонный водно-химический режим систем теплоснабжения. Проблемы и решения // Современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования: Сборник материалов конференции (доклады, тезисы). – Москва, 2003. – С.20.
4. Куликов М.А., Козлов С.Г., Середкина О.Р. Отложение нерастворимых солей на технологическом оборудовании производства хлорида калия // Научно-технический вестник Поволжья. – 2014. – № 1. – С. 100 – 103.
5. Нисина О.Е., Козлов С.Г., Лановецкий С.В., Косвинцев О.К. Исследование процесса отложения солей на технологическом оборудовании // Научно-технический вестник Поволжья. – 2012. – № 4. – С. 164-168.
6. Шеина А.И., Середкина О.Р., Куликов М.А. Реагентная обработка воды водооборотного цикла производства синтетического аммиака // Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире: Материалы IX Международной научно-практической конференции. – Санкт-Петербург, 2015. – Т.1 – С. 96.
7. Куликов М.А., Козлов С.Г., Булатов М.А., Зюков Е.А. Предотвращение образования солеотложения в водооборотных циклах // Известия МГТУ «МАМИ». – 2014. – № 4 (22). – Т. 3. – С. 50 – 62.
8. ТУ-2439-005-24210860-2007. Комплексонат ОПТИОН-313 (OPTION-313). Технические условия. – Введ. 29.06.2007. – Ростов-на-Дону: ООО «Экоэнерго», 2007. – 15 с.
9. Чаусов Ф.Ф. Сравнение эффективности ингибиторов солеотложения «ОПТИОН-313» и «ГИЛУФЕР-422» // Экология и промышленность России. – 2009. – № 4. – С.16 – 18.

References

1. Fedorov S. A. Magnitnye i jelektronnye ingibitory nakipi // Vodoochistka. – 2009. – № 8. – S. 44 – 47.
2. Nikolaevskij N.N. Ul'trazvukovoj metod predotvrashhenija nakipe-obrazovanija // Novosti teplosnabzhenija. – 2002. – № 10 (26). – S. 44 – 45.
3. Potapov S.A. Kompleksonnyj vodno-himicheskij rezhim sistem teplosnabzhenija. Problemy i reshenija // Sovremennye tehnologii vodopodgotovki i zashhity oborudovanija ot korrozii i nakipeobrazovanija: Sbornik materialov konferencii (doklady, tezisy). – Moskva, 2003. – S.20.
4. Kulikov M.A., Kozlov S.G., Seredkina O.R. Otlozhenie nerastvorimyh solej na tehnologicheskom oborudovanii proizvodstva hlorida kalija // Nauchno-tehnicheskij vestnik Povolzh'ja. – 2014. – № 1. – S. 100 – 103.
5. Nisina О.Е., Kozlov S.G., Lanovetskiy S.V., Kosvintsev О.K. Issledovanie protsessa otlozhenija soleij na tehnolodicheskom oborudovanii // Nauchno-tehnicheskij vestnik Povolzh'ja. – 2012. – № 4. – S. 164-168.
6. Sheina A.I., Seredkina O.R., Kulikov M.A. Reagentnaja obrabotka vody vodooborotnogo cikla proizvodstva sinteticheskogo ammiaka // Fundamental'nye i prikladnye issledovanija v sovremennom mire: Materialy IX Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. – Sankt-Peterburg, 2015. – T1. – S. 96.
7. Kulikov M.A., Kozlov S.G., Bulatov M.A., Zjukov E.A. Predotvrashhenie obrazovanija soleotlozhenija v vodooborotnyh ciklah // Izvestija MGTU «MAMI». – 2014. – № 4 (22). – T. 3. – S. 50 – 62.
8. TU-2439-005-24210860-2007. Kompleksonat OPTION-313 (OPTION-313). Tehnicheskie uslovija. – Vved. 29.06.2007. – Rostov-na-Donu: OOO «Jekojenergo», 2007. – 15 s.
9. Chausov F.F. Sravnenie jeffektivnosti ingibitorov soleotlozhenija «OPTION-313» i «GILUFER-422» // Jekologija i promyshlennost' Rossii. – 2009. – № 4. – S.16 – 18.