Конференция «современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования»

Вид материала

Содержание

Комплекс реагентов для обработки воды котлов

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8

КОМПЛЕКСООБРАЗОВАТЕЛИ.

Полифосфаты.

! Натрий гексаметафосфат (HГMФ),

! Натрий триполифосфат (НTПФ),

2.Комплексоны, в т.ч. фосфонаты

! Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА).

! Двузамещенная натриевая соль ЭДТА ( Трилон–Б).

! 1–Гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ)

! Нитрилотриметилфософоновая кислота (НТФ)

! Полиэтиленполиамино–N–метилфосфоновая кислота (ПАФ)

! 2–Фосфонобутан–1,2,4–трикарбоксиловая кислота (ФБTК).

! Этилендиаминтетра– (метиленфосфоновая кислота (ЭДTФ).

! Гексаметилендиаминтетра– (метиленфосфоновая кислота (ГMДTФ).

! Диэтилентриаминпента–(метиленфосфоновая кислота (ДTПФ).

3.Полимеры.

! Полиакриловая кислота (ПAA).

! Полиметакриловая кислота (ПMAA).

! Полималеиновая кислота (ПMA).

4.Сополимеры.

! Полисульфонат–стерин–малеиновый ангидрид (ПСМА).

! Полиакрилацидакриламид (ПААА).

! Полиакрилацид:2–акриламид–2–метилпропан–сульфоновая кислота (ПАМС).

До недавнего времени для ингибирования осадкообразования в установках обратного осмоса применяли, в основном, фосфатирование неорганическими полифосфатами и подкисление Н₂SО₄. Недостатками этих методов являются стабилизация растворов только с низким уровнем карбонатной жесткости, подверженность полифосфатов гидролизу, образование фосфатного шлама, большие расходы реагентов и интенсификация коррозионных процессов.

Более эффективными антискейлантами являются фосфорсодержащие комплексоны – фосфонаты, механизм действия которых основан на явлении порогового эффекта, заключающегося в предотвращение осадкообразования в пересыщенных растворах неорганических солей, содержащих субстехиометрические микродозы антискейланта. Явление порогового эффекта было открыто в конце тридцатых годов двадцатого века для гексаметафосфата натрия, а несколько позже для фосфоновых кислот. В дозах от 1 до 10 миллионных долей (ppm, 10^-4%) эти вещества способны ингибировать выделение твердой фазы из пересыщенных растворов карбоната кальция. Это свойство определило их широкое использование в качестве ингибиторов солеотложения в промышленных водооборотных системах, а также в холодильных и теплоэнергетических установках. При этом эффективность фосфонатов в 5–10 раз выше, чем у неорганических фосфатов.

Фосфонаты оказались весьма эффективными для предотвращения осадкообразования таких малорастворимых веществ, как карбонаты, сульфаты и фосфаты кальция. Величина порогового эффекта для фосфонатов варьируется в зависимости от природы осадка и ингибитора. В частности, ОЭДФ эффективна для карбоната кальция, сравнительно малоэффективна для сульфата кальция и является одним из самых эффективных ингибиторов осаждения фосфата кальция. В зависимости от состава воды концентрация ОЭДФ колеблется в пределах 0,25–2,0 мг/л. Однако при повышенной жесткости концентрация ОЭДФ увеличивается. Так, для карбонатной жесткости 10,4 мг–экв/л эффективная концентрации ОЭДФ возрастает до 10 мг/л. При величине щелочности до 12 мг–экв/л раствор остается прозрачным, в интервале 14–16 мг–экв/л наблюдается помутнение раствора, но кристаллы СаСО₃ еще не образуются. Установлено, что фосфонаты в указанных концентрациях не оказывают коррозионного воздействия.

Влияние мольного соотношения антискейлант/кальций на процесс ингибирования носит нелинейный характер, рис. 2. При слишком малых количествах фосфонат не в состоянии замедлить кристаллизацию, и в системе образуются осадки. Далее, по мере относительного увеличения содержания ингибитора, наблюдается область А субстехиометрического ингибирования, т.е. образования устойчивых коллоидных систем. При дальнейшем увеличении концентрации фосфоната вновь образуется зона "неоднородности" В, что, по–видимому, связано с нарушением устойчивости коллоидов. Эта область наименее изучена. Наконец, при превышении соотношения [а/с]:[Са]>1 система переходит в область истинных растворов С – область стехиометрического взаимодействия (комплексообразования). В этой области кальций уже не определяется в растворе обычным титрованием.

Экспериментально установлено, что фосфонаты вызывают также разрушение уже образовавшихся карбонатных отложений: в присутствии фосфонатов происходит перестройка кристаллов СаСО_З, рост отдельных кристаллов приводит к возникновению механических напряжений в слое, вызывает его растрескивание. Это явление используют для проведения регенерационных промывок мембранного контура, в процессе эксплуатации установок обратного осмоса. Следует оговорить, однако, что эффект этот проявляется в малоизученном диапазоне концентраций, относящихся к зоне В, и применение его связано с контрольным тестированием при составлении моющей рецептуры.

Область применения фосфонатов имеет ограничения по осадкообразующим свойствам воды и техническим характеристикам оборудования, поэтому при разработке рецептуры антискейланта и технологии его применения необходимо точное моделирование реальных условий работы мембранной установки, или проведение контрольного тестирования в процессе ее эксплуатации.

Одним из условий эффективного применения антискейланта является точность его дозирования. Практика показывает, что содержание активного вещества в рецептурах антискейланта меняется от партии к партии, поэтому для каждой партии необходим индивидуальный расчет эффективной рабочей дозы.

Непременным условием применения антискейлантов является химический контроль (колориметрический) за содержанием фосфоната в потоке концентрата, хотя эта методика достаточно трудоемка. При изучении условий эксплуатации мембранных систем водоподготовки, нами было установлено, что на тех предприятиях, где мониторинг дозировки фосфоната заменили периодическим контролем общей жесткости концентрата, периодичность регенерационных промывок возросла в 2–3 раза. При этом минеральная часть загрязнений становилась преобладающей, а состав минеральных загрязнений на 20–25% составляли фосфаты и фосфонаты.

Очевидно, что такой односторонний контроль малоэффективен, т.к. мембранный контур начинает работать в волнообразном режиме: сначала, при недостатке антискейланта, идет интенсивное осадкообразование, а затем, после увеличения концентрации фосфоната, растворение и смывание кальциевого осадка. Такая грубая регулировка весьма опасна, поскольку реально осадки образуются не на всей поверхности мембран, а в застойных зонах с минимальной скоростью потока. Площадь таких зон невелика, поэтому снижение общей жесткости воды обнаружится не сразу. С другой стороны, скорость осадкообразования на таких участках мембранного контура достаточно высока, поэтому даже небольшие задержки в изменении режима дозирования антискейланта могут привести к значительному загрязнению мембран.

Наиболее распространенным способом контроля осадкообразования в мембранном контуре является мониторинг LSI – индекса, исчисляемого по разности рН концентрата и исходной воды /1/.

Применение фосфонатов в качестве ингибиторов осадкообразования лимитируется величиной щелочности – 7 мг–экв/л; содержанием Fe²⁺³ – 0,5 мг/л; рН–8,5. Эффективность фосфонатов в качестве антискейланта определяется следующими факторами:

1. Достоверностью расчета оптимальной концентрации антискейланта и
технологии его применения.

Точностью дозирования антискеланта в поток воды. Изменение режима в сторону снижения установленной эффективной концентрации антискейланта может очень быстро привести к ускоренному осадкообразованию.
LSI – индекс должен находится в зоне отрицательных чисел. При LSI более 0,3 эксплуатация установки обратного осмоса должна быть прекращена.
Блоки предварительной подготовки воды должны обеспечивать величину ее SDI – индекса не более 1,2.

Разработка и производство сертифицированных товарных форм антискейланта является довольно дорогостоящим и наукоемким. К сожалению, на Российском рынке нередко можно встретить и препараты – подделки. Как правило, они предлагаются посредническими фирмами весьма далекими от производства продуктов тонкой химтехнологии. Основным принципом в работе таких фирм является секретность. Заказчику не сообщают ни состав ингредиентов рецептуры, ни источники их приобретения, ни методику технологического расчета их применения. В лучшем случае Заказчик попадает в постоянную зависимость, т.к. вынужден покупать «фирменные» рецептуры по все возрастающим ценам. В худшем случае нарушается регламент эксплуатации всей системы водоподготовки, резко снижается производительность установки обратного осмоса, что потребует тщательной регенерационной промывки или замены комплекта мембранных фильтрэлементов. Для Заказчика самым достоверным показателем такого подхода к работе является секретность, ссылка на «фирменные» («особые», «специальные», «импортные») реактивы, оборудование и проч., а также на «высокие военные технологии». В действительности же существует лишь несколько эффективных технологий производства антискейлантов, основанных на хорошо изученных физико-химических процессах, в частности – с использованием комплексонов, например ОЭДФ или НТФ /2/.

ООО «НПФ Траверс» выпускает ряд рецептур антискейланта под маркой «Аминат ОД». Так, рецептура «Аминат ОД–1» представляет собой 20% водный раствор ОЭДФ с плотностью 1100–1180 кг/м³ и температурой замерзания –60⁰С. ПДК «Амината ОД–1» в питьевой воде составляет 0,6 мг/л, в пересчете на действующее вещество. Рекомендуемые дозировки «Амината ОД» и «Амината ОД–1» в зависимости от общей жесткости воды и содержания железа приведены в таблице:

Общая жесткость воды, мг-экв/л	Рекомендуемая дозировка антискейланта «Аминат ОД» и «Аминат ОД–1», мг/л. При содержании железа, мг/л.
Общая жесткость воды, мг-экв/л	До 0,1	0,1–0,2	0,2–0,3
До 2	0,5±0,25 (2,2±1,0)	1,0±0,5 (4,5±2,0)	2,0±0,75 (9,0±4,0)
2–4	1,0±0,5 (4,5±2,0)	2,0±0,75 (9,0±4,0)	4,0±1,0 (18,0±4,5)
4–6	2,0±0,75 (9,0±4,0)	4,0±1,0 (18,0±4,5)	6,0±1,5 (27,0±7,0)
6–8	3,0±1,0 (13,0±4,5)	5,0±1,5 (23,0±7,0)	7,0±2,0 (32,0±9,0)
8–10	4,0±1,0 (18,0±4,5)	6,0±1,5 (27,0±7,0)	8,0±2,0 (38,0±9,0)

Эффективность применения антискейланта во многом зависит от достоверности методики расчета его пороговой концентрации, т.к. занижение рабочей концентрации приводит к загрязнению мембран, а избыток – к излишней минерализации потока воды и росту эксплуатационных расходов. Большое значение имеет точность дозирования антискейланта. Как недостаток, так и избыток приводят к ускоренному осадкообразованию и загрязнению мембран. Поскольку современные композитные мембраны имеют отрицательно заряженную поверхность, а полимолекулы антискейланта заряжены положительно, то их избыток в исходной воде приводит к экранированию мембранной поверхности и снижению производительности мембранной установки. Применение антискейланта должно сопровождаться мониторингом режима его инжектирования и уровня осадкообразования.

Время действия антискейланта ограничено, в зависимости от состава исходной воды и его рецептуры. Поэтому перед остановкой RO – системы необходимо прекратить подачу антискейланта, максимально снизить рабочее давление и промыть мембранный контур сначала исходной водой, а затем пермеатом, при этом электропроводность концентрата должна быть не выше, чем у потока исходной воды. Если эту регламентную операцию не выполнять, то в период остановки на мембранах сформируется устойчивый минеральный осадок, т.к. наличие антискейланта увеличивает его сродство к материалу мембраны. Наличие солевого осадка вызывает шоковые осмотические нагрузки на поверхности мембраны и, как следствие, ее растрескивание и деструкцию.

БИБЛИОГРАФИЯ:

В.И. Федоренко. Влияние качества исходной воды на эксплуатацию мембранных систем водоподготовки. Информационный бюллетень «Отраслевые ведомости. Ликеро–водочное производство и виноделие», №5 и 6 (2001), с.с. 8–9.
Ф.Ф. Чаусов, Г.А. Раевская. Комплексонный водно–химический режим теплоэнергетических систем низких параметров, RαC Dinamics, Москва – Ижевск, (2002).

КОМПЛЕКС РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ КОТЛОВ

И СИСТЕМ ОБРАТНОГО ОСМОСА.

О. Ф. Парилова, Группа компаний «Национальные водные ресурсы», Ноев Н.В.,

General Electric Betz, г. Москва

Для подготовки подпиточной воды котлов в качестве первой ступени обессоливания или вместо натрий–катионирования все чаще используются системы обратного осмоса. Это дает неоспоримые преимущества по экономии реагентов для регенерации ионообменных фильтров и, что особенно важно, существенно повышает качество питательной воды котлов. А в случае замены натрий катионирования на осмотическую установку при этом резко снижается щелочность и солесодержание котловой воды, что позволяет снизить продувку котла и повысить качество конденсата (увеличение рН).

При использовании обратноосмотических установок стоит вопрос об их надежной эксплуатации. Традиционно он решался путем подкисления воды, направляемой на установку обратного осмоса. Данный метод является наиболее дешевым из всех существующих. В некоторых случаях российские проектировщики используют натрий–катионирование как предварительную ступень подготовки воды перед обратноосмотическими мембранами. Хотя данный метод и обеспечивает работоспособность осмоса, он является чрезвычайно громоздким и дорогим в эксплуатации.

Кроме того, анализ работы ряда осмотических установок поставленных в Россию как импортными, так и отечественными производителями говорит о наличии проблем, связанных с повышенным содержанием органических веществ и микробиологических загрязнений в воде, направляемой на обратноосмотические системы. Так установки в городах Горловка, Донецк, Новолипецк и наверняка других страдают не отложением на мембранах карбоната кальция, а частой сменой картриджных фильтров перед установками, забиванием мембран органическими соединениями или заиливанием. Все эти «мелкие» проблемы существенно повышают эксплуатационную стоимость и не позволяют работать с малым количеством сточных вод (концентрата) обратноосмотической установки.

К сожалению, традиционная концепция подготовки воды не всегда может решить данные проблемы с приемлемыми затратами. Для их решения часто бывает целесообразно включать в объем поставки комплекс реагентной обработки воды.

Комплексная реагентная обработка воды, подаваемой на установки обратного осмоса.

Предварительная очистка воды с целью доведения SDI (показателя загрязненности воды коллоидными и органическими соединениями) до величин 1–3 позволяет существенно, в разы, снизить забивание мембран и картриджей механическими примесями и окислами железа. Это достигается при помощи специальных полимерных коагулянтов Filtermate, не отравляющих анионную поверхность мембран (продукты коагулянтов на основе солей алюминия и железа являются основными источниками загрязнения мембран, так как имеют положительный заряд) и совместимых с ингибиторами отложений солей жесткости.

Система доочистки воды до величин SDI 1–2 при помощи активной фильтрации по системе JelClear позволяет превратить обычный механический фильтр в идеальную систему доочистки воды.

Дозировка ингибиторов накипи и диспергаторов шлама Hypersperse позволяет предотвратить выпадение внутри мембран солей карбоната кальция, фосфата кальция, сульфата кальция, окиси железа и других малорастворимых соединений. При этом существующая компьютерная система расчета пересыщений по каждому из компонентов (включая шламовые загрязнения) позволяет тонко отлаживать допустимую степень концентрирования воды в обратноосмотической установке.

Комплекс реагентов для промывок мембранных установок Kleen и BioClean позволяет продлять жизнь мембранам, что особенно важно в случае их применения в неводных средах, где необходимость в промывках зачастую возникает ежедневно.

Специальные неокисляющие биоциды Biomate, предназначенные для борьбы с микробиологическим загрязнением, позволяют устранить риск разрушения мембран. Что является существенным их преимуществом по сравнению с хлорированием воды перед обратным осмосом. При этом биоциды могут быть использованы как в рабочем режиме, так и при режиме of–line.

Существенное улучшение качества воды при использовании систем обратного осмоса позволяет снизить величины потерь воды из котлов и, таким образом достичь существенной экономии тепловой энергии. Это также открывает дорогу использованию в России качественных программ реагентной обработки питательной воды котлов и конденсата.

Котловая обработка

В решениях данных задач используются различные комбинации сульфированных и карбоксилированных полимеров, а также специальный запатентованный высокотемпературный полимер (НТР–2). Различные полимеры и их соотношения тщательно подбираются для каждого конкретного применения с тем, чтобы решить ваши проблемы, связанные с определенным уровнем жесткости и отложением окислов металлов.

На основании проведенной оценки существующей системы разрабатываются рекомендации по программе обработки.

! Полимер/Фосфат. Предотвращает отложения окислов металлов поддерживая чистоту котлов;

! Полимер/Хелатное соединение. Обеспечивает надежную защиту от отложений и поддерживает чистоту поверхностей теплопередачи;

! Полимер/Фосфат/Хелатное соединение. Объединяет преимущества, получаемые от программ с применением фосфатов и хелатных соединений;

! Полимер/Фосфат/рН. Уменьшает отложения окислов металлов в системах котлов. Предотвращает возникновение отложений, нейтрализует щелочную коррозию.

Программы обработки конденсата

Эффективная защита от коррозии

Коррозия в технологических линиях конденсата создает проблемы, связанные с техническим обслуживанием и ремонтом, приводит к необходимости снижать возврат конденсата и повышает стоимость его очистки. НВР предоставляет новейшие программы обработки, которые позволяют избавиться от коррозии в технологических линиях конденсата и предотвратить попадание продуктов коррозии в котлы.

Программы основываются на трех типах ингибиторов коррозии: нейтрализующих аминах, пленочных аминах и пассиваторах металлов/поглотителях кислорода.

Нейтрализующие амины снижают потенциал коррозии

Нейтрализующие амины обеспечивают защиту от коррозии, нейтрализуя углекислоту и повышая рН до необходимого уровня во всем объеме паровой системы.

Steamate® NA – ингибиторы коррозии обеспечивают полноту обработки благодаря применению разнообразных смесей нейтрализующих аминов, включая реагенты годные для применения в FDA/USDA.

Эффективная защита с помощью наших пленочных аминов и пассиваторов.

Пленочные амины образуют защитный непористый барьер на металлических поверхностях, защищая их от воздействия низкого рН и кислородной коррозии. Эмульгаторы и стабилизирующие агенты в смеси с соединениями пленочных аминов позволяют контролировать толщину пленки и сводить к минимуму накопление отложений аминопродуктов. Комбинирование продуктов позволяет достичь результата, который удовлетворяет вас во всем:

Продукты данного типа включают:

Steamate®FM – группа новых пленочных аминов с уникальными свойствами, что обеспечивает защиту от коррозии и эрозии оборудования.

Steamate®NF – сочетание пленочных и нейтрализующих аминов. Элемент, содержащий нейтрализующий амин, способствует распределению пленочного амина по всему объему котла, обеспечивая оптимальную защиту от коррозии;

Steamate®РАS – смесь нейтрализаторов и специальных пассиваторов металла. Применение данного типа продуктов обеспечивает прекрасную защиту металла от коррозии и снижение концентрации кислорода в вашей системе конденсата.

Химическое обескислороживание

В случае необходимости предлагается использовать химические поглотители кислорода, как на основе катализированных сульфитов, так и на основе органических заменителей гидразина фирмы GE Betz.

Все вышеперечисленные методы обработки воды прошли апробацию и внедряются на территории России после тщательного рассмотрения особенностей систем и анализа качества воды.

Мощные научная и производственная программы фирмы General Electric Betz вкупе с положительными результатами многолетней эксплуатации представляемых реагентов, позволяют говорить о возможности широкого применения перечисленных выше реагентов в РФ.

Blog

Конференция «современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования»

Содержание