ХИМИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ
Голофастов А.А.
КОМПЛЕКСОНЫ В СРЕДНЕЙ И МАЛОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ.

ТЕОРИЯ – ПРАКТИКА – ПЕРСПЕКТИВЫ.

В настоящее время основной статьей расходов в теплоэнергетике являются затраты на поддержание оборудования в исправном состоянии. Зачастую старые методы и подходы уже не могут в полной мере удовлетворить качественному, а главное малозатратному обслуживанию. В этой статье мы не ставим себе цель ознакомить со всеми перспективными разработками, способными кардинально изменить подход к проблеме теплоэнергетики, а рассмотрим лишь один из важнейших аспектов.
ХИМИЧЕСКАЯ ВОДОПОДГОТОВКА
Как известно в исходной воде уже содержится большое количество растворенных минеральных солей, газов и т.д., все они крайне отрицательно влияют на состояние водогрейного оборудования, вызывая интенсивную коррозию и образуя отложения в виде накипи, которая в свою очередь нарушает гидрорежим котла, теплообмен и т.п. В целях предотвращения этих нежелательных воздействий используют специальное оборудование.
В классическом случае применяются установки деаэрации (дегазации), и ионообменные установки в которых происходит замещение катионов накипеобразующих элементов (Ca2+, Mg2+, Fe2+) на катионы Na+ или Н+, т.е. происходит удаление солей жесткости из исходной воды. Однако это влечет за собой сбросы засоленных вод, т.к не весь NaCe успевает вступить в реакцию ионообмена при регенерации. Часто требуется применения нескольких ступеней Na – катионитовой фильтрации. Необходимы постоянные лабораторные анализы подпиточной воды, ручной труд для транспортировки соли и ее растворов и при регенерации ионообменных фильтров. Все это требует дорогостоящего оборудования с большим количеством запорной арматуры и постоянного квалифицированного обслуживания, в т. ч. наличия лаборатории, что зачастую не обеспечивается в реальных условиях эксплуатации. Попытки автоматизировать ионообменные установки приводят к еще большему увеличению капитальных и эксплуатационных затрат и не обеспечивают длительной надежной работы оборудования без квалифицированного обслуживающего персонала. Коррозионная активность воды после катионообменных фильтров даже несколько увеличивается, что вместе с неминуемыми в реальных условиях эксплуатации "проскоками" солей жесткости приводит к постепенному отложению накипи и продуктов коррозии в котлоагрегатах и другом теплопередающем оборудовании и соответствующему снижению коэффициента теплопередачи. В результате, для поддержания необходимой температуры выходящей из котлоагрегата воды, приходится увеличивать расход топлива и тепловую нагрузку на теплопередающие поверхности, что сокращает срок их службы. Этот метод водоподготовки является пассивным в отношении уже имеющейся накипи, т.е. все "проскоки" солей жесткости и перерывы в работе ионообменных фильтров (подпитка напрямую) приводят к постепенному увеличению отложений.
Основные недостатки ионообменных фильтров :
1. Высокая стоимость оборудования
2. Громоздкость, высокая трудоемкость монтажа и наладки
3. Высокие энергозатраты на эксплуатацию
4. Нестабильность в работе (возможность проскоков)
5. Инертность
6. Значительные затраты на замену и досыпку ионообменных смол
7. Большой расход хим.реагентов на анализы
8. Большой объем канализационных стоков
9. Ионообмен позволяет в достаточной степени удалять органические примеси природного происхождения, однако чрезмерная нагрузка по органике приводит к снижению обменной емкости катионитов, часто необратимо.
10. Неполярная органика, в основном техногенного происхождения, не задерживается ионообменными смолами и попадает в котлы, вызывая коррозию оборудования
11. Использование коррозионно-нестойких материалов для изготовления оборудования ионного обмена ,является причиной частых и дорогостоящих ремонтных работ, в том числе по созданию и восстановлению антикоррозийных покрытий.

Достоинства ионообменных фильтров:
1. Снижение жесткости химически очищенной воды по сравнению с исходной до 600 – 1200 раз.
2. Возможность использования химически очищенной воды в оборудовании где происходит полное, не восполняемое испарение (гладильное оборудование и т.д.).


КОМПЛЕКСОНЫ
Cинтез первых комплексонов относится к концу XIX в. В 20 - 30 годы нашего века методы их получения совершенствуются в связи с тем, что они нашли практическое применение. Началом промышленного производства комплексонов можно считать 1930 год, когда германская фирма "I.G. Farben Industry" выпустила на мировой рынок два хим.реагента для умягчения воды. Комплексоны были запатентованы и появились на рынке под стандартным названием "ТРИЛОН" – «ТРИЛОН А», и « ТРИЛОН Б». В 1940 - 1980 годы происходит бурный рост производства комплексонов, их выпуском занимается более 50 крупнейших фирм и компаний США, Швейцарии, Японии, Германии, Венгрии и других стран. Ассортимент ведущих фирм в настоящее время составляет более 200 наименований, и широко используется в теплообменниках надводных и подводных судов с атомными реакторами, на тепловых и атомных электростанциях, в системах охлаждения судовых двигателей, и двигателях автомашин. А так же в сельском хозяйстве, медицине, нефтяной, газовой и пищевой промышленности. Сам же термин "КОМПЛЕКСОН " предложен в 1945 году профессором Цюрихского университета Г. Шварценбахом (1904 - 1978) для органических лигандов группы полиаминополикарбоновых кислот.
Комплексоны наиболее широко используемые в теплоэнергетике:
1. ИОМС – 1 Ингибитор отложения минеральных солей.
2. ИДА Иминодиуксусная кислота
3.НТА Нитрилтриуксосная кислота
4.ЭДТА Этилендиаминтетрауксосная кислота
5.ДТПА Диэтилентриаминпентоуксусная кислота
6.ТТГА Триэтилентетрааминогексауксусная кислота
7.ЭДТА Этилендиаминтетрауксусная кислота
8.ОЭДФ Оксиэтилидендифосфоновая кислота
9.ОЭДФ-Zn Оксиэтилидендифосфоновая кислота с цинковым комплексом.
10.НТФ – Zn Нитрилтрифосфоновая кислота с цинковым комплексом
11.НТФ Нитрилтрифосфоновая кислота
12.СК-110 Водный раствор на основе фосфанатов
13.ПАФ -13А Полиаминометиленфосфоновая кислота(водный раствор)
14.МА (ОЭДФ –МА) Гидрооксиэтилидендифосфоновая кислота

Все приведенные химические реагенты – Российского производства, и имеют сертификат соответствия.
Если говорить о них более обобщенно, то необходимо выделить следующее :
Комплексоны, это химические соединения, исключительная способность которых позволяет образовывать с другими металлами, входящими в состав растворенных солей очень прочные соединения, которые не разрушаются даже при температуре 413 К т.е 140ºС (для ЭДТА) и выше. Из этого следует, что комплексоны не удаляют накипеобразующие элементы, а только устраняют их накипеобразующие свойства. Также хотелось бы отметить и их способность разрушать ранее образовавшиеся отложения. Дело в том, что накипь образуется в результате повышения температуры исходного теплоносителя (сырой воды). Ионы Ca, Mg, Fe становятся центрами кристаллизации, образовывая вокруг себя микрохлопья будущих отложений. Осаждаясь на внутреннею поверхность трубопровода, они и образуют кристаллическую пленку, которая постепенно увеличивается за счет новых и новых осаждаемых кристаллов. При введении комплексона в эту среду, он взаимодействует с ионами, «вырывая» их из кристаллов. В результате потерянных связей эти отложения начинают саморазрушатся. Процесс этот легко контролируем, и может с успехом применятся на действующем оборудовании без его остановки, т.е. «на ходу». При этом необходимо учитывать, что уже после разрушения отложений, комплексон продолжает его растворять, на что расходуется значительная его часть. Пулуразрушенные остатки оседают в застойных зонах, т.е. в коллекторах котлов, и фильтрах - отстойниках (грязевиках). В связи с этим необходимо соблюдать предусмотренный для каждого котла график проведения продувок, но не реже одного раза в сутки, и своевременных чисток фильтров – отстойников. Таким образом, метод реагентной водоподготовки является активным в отношении накипи и накипеобразующих элементов, поэтому кратковременные перерывы в работе реагентной водоподготовки (подпитка напрямую) некритичны и ощутимо не влияют на состояние теплообменных поверхностей. При этом одновременно снижается коррозионная активность воды, ингибируется поверхность металла, а также снижаются требования к деаэрации подпиточной воды.


Микрофотографии поверхности накипи на конденсаторных трубках
Увеличение х 1600 раз

До обработки После обработки ОЭДФ с . концентрацией 2.1 мг/л
Достоинства обработки воды комплексонами :
1. Возможность использования в качестве основной и единственной системы водоподготовки, обеспечивающей полное соответствие с нормами качества воды для водогрейных котлов.
2. Возможность очистки водогрейных котлов и паровых котлов малого и среднего давления «на ходу»;
3. Полная совместимость и возможность одновременного применения с традиционными водоумягчительными фильтрами;
4. Снижение затрат и занятости персонала на обслуживание системы подготовки воды;
5. Исключение всех затрат, связанных с использованием поваренной соли для водоподготовки и загрязняющих стоков при регенерации фильтров;
6. Снижение коррозии и чистота внутренних поверхностей металла агрегатов и трубопроводов, продление ресурса агрегатов и запорной арматуры;
7. Экономия топлива.
8. Дешевизна оборудования (от 9.500 до 60.000руб).
9. Возможность установки на малых котельных, с ограниченным пространством.
10. Низкие расходы на хим.реагенты.
11. При аварийных ситуациях( несанкционированных сбросах, провалах, проскоков неподготовленной исходной воды), даже в микродозах ( мене 1 г/м3) поддерживать безнакипной режим.
12. В режиме отмывки «на ходу» разрушение отложений происходит медленно (от 2 – 3 недель до 5 – 6 месяцев в зависимости от состава и толщины отложений), по всей площади отложений, чем исключается скалывание крупных фракций, способных закупорить участки трубопровода.



Рассмотрим сравнительный технико – экономический анализ комплексонной и традиционной ионообменной технологий водоподготовки для закрытой теплосети
(график 95/70ºС) с подпиткой 5 м3/час, если карбонатный индекс подпиточной воды составляет 8 (мг-экв/дм3).
Статьи затрат Единица измерения Цена, руб Комплексонная технология Технология ионного обмена
Количество Сумма Количество Сумма
Материалы
Комплексон кг 65,00 66 4290,00
Соль поваренная кг 0,60 29200 13230,00
Вода на собственные нужды м3 12,00 10950 131400,00
Энергия
Тепловая ГКал 240,00 220 52800,00
Электрическая кВт*ч 0,90 18250 16425,00
Канализационные стоки, м3 12,00 50 600,00 10950 131400,00
Зарплата операторов в год за 1 ставку 12000,00 0,25 3000,00 4 48000,00
Начисления на зарплату % от зарплаты 34,8% 1044,00 34,8% 16704,00
Кислотная промывка котла 30000,00 30000,00
Стоимость оборудования Руб. 25000,00 700000,00
Сред.
Стоимость монтажа и пусконаладоч. работ руб. 10000, 200000,00
Сред.

И Т О Г О 43934,00 1339959,00
Вывод: экономический эффект от использования комплексонной технологии водоподготовки взамен традиционной ионообменной составит 409959 – 8934 = 401025 руб. в год, без учета стоимости оборудования, монтажа и пусконаладочных работ, и 1.339.959,00 – 43.934,00 = 1.296.025,00 руб. с их учетом.
Дополнительный положительный эффект – отсутствие сбросов соли в окружающую среду.






Дозирующие устройства комплексонов.
Для поддержании необходимого вводно – химического режима закрытой оборотной системы комплексонами, используют различные дозирующие устройства.
По типу автоматики они делятся на автоматические и неавтоматические.
В свою очередь автоматические устройства делятся по принципу приема исходного сигнала т.е на устройства получающие исходный импульс исходя из расхода подпиточной воды (от водосчетчика типа ВСТ) , изменения разницы давлений «прямой» и «обратной» (АКБ), падения концентрации ( экспресс - анализатор фосфатов ), и по заранее рассчитанной среднесуточной (среднечасовой) подпитки.
По типу работы делятся на :
1. Плунжерные.
2. Цикличные
3. Диафрагменные.
4. Смесительные.
По типу потребляемой энергии :
1. Электрические
2. Механические
3. Гидравлические
4. Смешанного типа
К сожалению, несмотря на массу выпускаемой отечественной промышленностью автоматических дозаторов, ни один из них не отвечает своему назначению в полной мере. Как правило, после непродолжительного срока эксплуатации вся автоматика выходит из строя. И впоследствии данные установки используются, что называется «вручную», т.е в качестве обыкновенного насоса до тех пор, пока не буде достигнута необходимая концентрация. Отсутствие по настоящему надежного образца автоматического дозирования, по сути , является главным препятствием на пути широкого распространения комплексонной технологии.
На Брянском предприятии Тепловых сетей, в производственной лаборатории были разработаны два очень удачных образца по дозированию химических реагентов УКОВ – 5Г и УКОВ ГА. Данные образцы прошли всесторонние испытания в течении двух лет, и зарекомендовали себя положительно. По итогам этих производственных испытаний, было принято решение о запуске установок данного типа в производство. В настоящее время подобными установками укомплектованы более двадцати котельных г. Брянска и области.
Данные установки отличают следующие положительные качества :
1. Низкая стоимость (9.500руб).
2. Высокая надежность ( за три отопительных сезона два легкоустранимых отказа).
3. Простота обслуживания.
4. Не требуется спец. подготовка слесарей, лаборантов.
5. Установки компактны 200 х 200 х 600мм. и 620 х 620 х1600мм соответственно.
6. Их конструкция позволяет подключатся к теплосети под давлением, без остановки котельной.
7. Все работы по пуску, наладке и монтажу проводятся в течении 1 – 2 дней.






Методика проведения работ
1. Работы выполняются по программе, составленной в соответствии с рекомендациями «Временного руководства по стабилизационной обработки воды фосфорсодержащими комплексонами» утвержденного приказом МЧМ СССР № 1285 от 12.12.84 г. и Рекомендациями СантехНИИпроеекта Ж-З-197-1993г.
2. Химические анализы исходной воды выполнять в соответствии с требованиями СТП – 14 – 587 – 91, ГОСТ 26449.1 – 85 аккредитованной химической лабораторией (Аттестат аккредитации аналитической лаборатории (центра), регистрация в Государственном реестре под № РОСС RU.0001.511270).
3. Расчет режимов стабилизационной обработки воды проводить в соответствии с приказом МЧМ СССР № 1285 от 12.12.84г.
4. Применение комплексонов (комплексонатов) осуществляется на основании :
--- ПТЭ РД 34.20.501 – 95, издание 15 – е. Москва, 1996г.
--- «Перечня материалов и реагентов, разрешенных Госкомитетом санитарно – эпидемиологического надзора России для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения» № 01- 19-/32-11 от 23.10.1992 г. в соответствии с гигееническими заключениями : на НТФ – Zn №61.РЦ .2.243.П.612.4.99 от 12.04 99г. на ОЭДФ – Zn. № 61.РЦ.6.243.П.889.6.00от 15.06.00г.
--- Рекомендации ГОССТРОЯ РФ № МДС 13 – 7.2000 « Рекомендации по первоочередным малозатратным мероприятиям , обеспечивающим энергоресурсосбережение в ЖКХ».
--- Протокола заседания НТС РАО «ЕЭС РОССИИ» №26 от 22.11.93г. утвержденным вице – призедентом РАО «ЕЭС РОССИИ» О.В. Бритвиным. (Решение о применении фосфорорганических компонентов с добавками цинка и без них в системах паротеплоснабжения.
--- Решения Научно – технического совета Федерального центра энергоресурсосбережения в ЖКХ Госстроя РФ от 1 марта 2001 года. (Одобрить опыт применения комплексонатов ОЭДФ и НТФ , и рекомендовать предприятиям теплоэнергетики ЖКХ внедрять в системах теплоснабжения обработку воды комплексонатов ОЭДФ – Zn и НТФ – Zn ) – выписка из протокола № 1.

пусто