В качестве ингибиторов накипеобразования и коррозии находят применение препараты на основе органофосфоновых комплексонов, а также полиакрилатов. Если ранее в теплоэнергетике применялись комплексоны в чистом виде, то в настоящее время предпочтение отдаётся композициям на основе различных ингибиторов коррозии и накипеобразования, которые обеспечивают достаточно эффективную защиту теплотехнического оборудования. Важным свойством этих реагентов является их способность ингибировать рост кристаллов малорастворимых солей щёлочноземельных металлов при дозировке порядка 1 ион ингибитора на 100 ионов щёлочноземельного металла. Механизм ингибирования основан на адсорбции комплексных ионов ингибитора на террасах роста кристаллов солей щёлочноземельных металлов, благодаря чему движение ступеней роста по механизму Кабреры—Вермильи тормозится и темп кристаллизации замедляется. В результате малорастворимые соли щёлочноземельных металлов остаются в истинно растворённом состоянии или образуют сверхтонкую аморфную не осаждающуюся взвесь. В нашем университете проводится большой объём исследований в области механизма действия ингибиторов накипеобразования. Эти исследования позволили получить следующие результаты: 1. Разработаны теоретические модели ингибирования роста кристаллов, в области значений относительного пересыщения раствора от долей единицы до сотен. Модели учитывают статистическое распределение частиц ингибитора на террасах кристалла методами интегральной геометрии с использованием теории континуального протекания в случайном потенциальном рельефе. Модели приводит к нелинейным зависимостям скорости роста кристалла от степени покрытия поверхности и концентрации ингибитора и позволяют определить критические степень покрытия поверхности и концентрацию ингибитора, при которой кристаллизация полностью прекращается. Результаты компьютерного моделирования с использованием предложенной модели согласуются с экспериментальными данными. 2. Дана оценка относительного пересыщения раствора, при котором предотвратить образование твёрдой фазы путём введения ингибиторов невозможно. Разработана модель ограниченного роста микрокристаллов в присутствии ингибитора при высоких значениях относительного пересыщения раствора, основанная на модели роста микрокристаллов Лифшица — Слёзова. Предложенная модель позволяет вычислить концентрацию ингибитора, предотвращающую образование кристаллов, превосходящих заданный предельный размер, и объясняет различия в значениях требуемой концентрации ингибитора, определяемых экспериментально оптическим и химико-аналитическим методами. 3. Получены экспериментальные данные по образованию твёрдых фаз в системе вода — карбонат кальция — ингибитор. Экспериментально подтверждён немонотонный характер зависимости относительного сечения твёрдой фазы от концентрации ингибитора в системе. Показано, что твёрдые фазы, образующиеся в системе вода — карбонат кальция — ингибитор при различных значениях мольного соотношения ингибитор : кальций, имеют различную структуру. 4. Разработана математическая модель конкурентного фазообразования в системе вода — соль щёлочноземельного металла — ингибитор, согласующаяся с экспериментальными данными. Показано, что немонотонный характер зависимости сечения твёрдых фаз от концентрации ингибитора является результатом протекания последовательно-параллельных физико-хими- ческих процессов в подсистемах жидкая фаза — аморфная твёрдая фаза и жидкая фаза — кристалл. При этом важна временнáя последовательность роста аморфной и кристаллической фазы. 5. Установлено, что применение ингибиторов роста кристаллов для защиты технологического оборудования от обрастания кристаллическими осадками является эффективным только в ограниченной области концентраций солей щёлочноземельных металлов. Для различных значений концентрации солей щёлочноземельных металлов установлены предельные значения концентрации ингибитора, задающие интервал концентрационных режимов эффективной защиты технологического оборудования. 6. Разработан способ оценки устойчивости концентрационных режимов ингибиторной обработки воды к возмущениям дозирования ингибитора и методика выбора технологических режимов дозирования ингибиторов, обеспечивающих поддержание концентрации ингибитора в необходимых пределах. Ценным свойством комплексов органофосфоновых кислот с цинком и некоторыми другими металлами является их способность ингибировать коррозию металлов, в частности, сплавов железа, в водной среде. Замедление коррозии объясняется способностью цинковых комплексов ОЭДФ и НТФ образовывать на поверхности железа и стали защитную плёнку из оксида цинка, препятствующую коррозии металла. По результатам проведённых нами измерений, скорость коррозии углеродистой стали в присутствии фосфонатных комплексов цинка снижается на 50…60%, причём даже при отсутствии деаэрации, то есть при наличии в воде кислорода. По нашему опыту, ингибиторы накипеобразования и коррозии успешно применяются в теплоэнергетических системах с температурой теплоносителя до 200 оС и давлением до 16 кгс/см2 — паровых котлах, тепловых сетях с водогрейными котлами и сетевыми подогревателями, включая системы с открытым водоразбором, и тепловых пунктах с независимыми системами теплоснабжения и горячего водоснабжения. При этом в тепловых сетях с водогрейными котлами и сетевыми подогревателями, включая системы с открытым водоразбором, и тепловых пунктах с независимыми системами теплоснабжения и горячего водоснабжения применение ингибиторов полностью заменяет использование других технологических процессов химической водоподготовки и может быть использован как взамен других систем водоподготовки (Na-катионирования, магнитной или ультразвуковой обработки воды), так и в дополнение к ним. Введение в воду ингибиторов взамен Na- катионирования исключает необходимость регенерации фильтров солью и предотвращает образование засолённых сточных вод. Сравнительный технико-экономический анализ затрат на обработку воды ингибитором накипеобразования и коррозии и на обработку такого же количества воды для тепловой сети методом Na-катионирования приведён в таблице. 
Ингибиторы накипеобразования и коррозии на основе комплексонов обладают способностью разрушать застарелые отложения накипи и продуктов коррозии. Это даёт возможность проводить очистку систем от отложений накипи и продуктов коррозии в процессе эксплуатации систем. Это позволяет не проводить специальных мероприятий по промывке и не отключать системы ГВС на плановую промывку. При очистке тепловых сетей от накипи и продуктов коррозии объём подпитки должен соответствовать нормативу по СНиП 2.04.07-86, что соответствует объёму подпитки в час 0,75% от водного объёма системы. Если фактический объём подпитки ниже нормативного, то для удаления взвеси следует 1…2 раза в сутки спускать загрязнённую воду из грязевиков и из нижних точек тепловой сети. В случае же применения ингибиторов накипеобразования и коррозии для обработки питательной воды паровых котлов, по нашему опыту, её жёсткость должна быть не более 2,0…2,5 мг-экв/л. Поэтому, если жёсткость исходной воды постоянно или временно превышает эту величину, то на котельной следует иметь одну ступень Na-катионитовых фильтров для предварительного умягчения воды. Однако расход соли и трудоёмкость такой обработки, конечно, много меньше, чем затраты на умягчение воды до номинальной для паровых котлов остаточной жёсткости 0,005…0,02 мг-экв/л. По опыту нашей лаборатории, так же как и по опыту наших коллег в США, для реагентной обработки воды следует применять энергонезависимые дозирующие устройства (пропорционеры), действие которых основано на отборе части динамического напора потока воды в трубопроводе подпитки. Нами разработан и запатентован ряд конструкций таких устройств. Устройство «Иж-25» (рис. 1) предназначено для дозирования жидких реагентов в поток воды и поддержания постоянной пропорции дозирования при изменении расхода воды в широком диапазоне — от 2 м3/час и более.
|
