Отраслевая конференция 
«Теплоснабжение-2019»
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России
ИЗОПРОФЛЕКС-115А

Образование отложений и коррозия на внутренней поверхности трубной системы открытой теплосети

Д.х.н. А.А. Чичиров, заведующий кафедрой «Химия»;
д.х.н. Н.Д. Чичирова, директор Института теплоэнергетики;
к.т.н. А.И.Ляпин, доцент кафедры «ТЭС»;
к.т.н. Р.Н. Закиров, доцент кафедры «ТЭС»;
А.С. Виноградов, аспирант кафедры «ТЭС»;
ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», г. Казань

Основной недостаток систем с открытой теплосетью - повышенные затраты на химводоочистку - в последнее время теряет остроту в связи с применением на ТЭС реагентной стабилизационной обработки подпиточной воды. В качестве реагентов хорошо зарекомендовали себя органофосфонаты, поликарбоксилаты, бензотриазолы и др. Между тем, по-прежнему не решена проблема повышенной повреждаемости открытой теплосети в результате внутренней коррозии. Коррозионные разрушения магистральных трубопроводов теплосети - одна из главных причин снижения надежности систем теплоснабжения. В среднем по России примерно 25% этих повреждений образуется из-за внутренней коррозии труб. Однако, есть системы, где она является причиной до 90% всех повреждений, вызванных локальной язвенной коррозией.

Для систем с открытыми тепловыми сетями характерна и другая проблема, связанная с интенсивным накипеобразованием на поверхностях нагрева теплоэнергетического оборудования, зарастанием и «заклиниванием» трубной системы различными отложениями, присутствующими в сетевой воде, и продуктами коррозии.

В то же время для условий работы системы с открытой теплосетью механизм локализации коррозии недостаточно изучен. Недостаточно данных по состоянию внутренних поверхностей, составу и структуре продуктов коррозии. Не разработана модель по влиянию структуры потока сетевой воды на негативные процессы в системе. Количественно не учитывается вероятность присосов воздуха и недеаэрированной воды. Поэтому по-прежнему остро стоит проблема повышения надежности работы системы ТЭС - открытая тепловая сеть [1].

Из различных участков открытой теплосети «Нового города» Набережных Челнов были взяты образцы вырезок труб и отложений. Места отбора охватили примерно все вероятные особенности теплосети. На магистральных трубопроводах - подающем и обратном, городской теплосети и на раздаче. У отобранных образцов определяли химический состав (элементный состав), структуру, внешний вид и потери при прокаливании, толщину и равномерность распределения на поверхности [2-4].

Анализ структуры твердых исследуемых осадков и отложений проведен методом ИК- спектроскопии. Химический анализ проводился по стандартным методикам [5].

Основными компонентами, присутствующими во всех отложениях, являются различные оксиды и гидроксиды железа, малорастворимые соединения ионов жесткости - в основном, CaCO3 и солевые отложения. А также различные силикатные отложения, содержащие SiO2, органические вещества, глина и песок. Кроме того, отмечается наличие углеводных остатков - вероятно, это продукты жизнедеятельности анаэробных бактерий, которые живут и размножаются в теплофикационной воде. В целом, отложения с внутренней поверхности трубопроводной системы теплосети - железооксидные с включением нерастворимых и малорастворимых компонентов сетевой воды.

На магистральных трубопроводах подачи и «обратки» с большой скоростью течения воды (80-100 м/мин) преобладают железооксидные отложения - продукты коррозии стали. Толщина отложений - от 1 до 4 мм. При этом карбонатных отложений мало. По обратному трубопроводу по сравнению с подачей относительное содержание илисто-глинистой фракции меньше, но увеличивается доля железооксидных отложений. В самой дальней точке трубопроводной системы состав отложений на подаче и «обратке» примерно одинаков.

На участках трубопроводов с относительно медленным течением воды отмечается большое содержание солевых отложений - карбонатов, сульфатов, гидроксидов, ионов жесткости, которые становятся преобладающими. Удельное количество отложений становится больше - толщина до нескольких мм. Судя по интенсивности карбонатных отложений и их виду (прочные, твердые, хорошо сцепленные), вводимые на ТЭС ингибиторы отложений - фосфонаты - «не работают». На некоторых участках трубопроводной системы отмечены значительные отложения силикатов, образующих твердые блестящие покрытия. Вероятно, это результат добавки жидкого стекла в воду теплосети. Однако видно, что введенные силикаты осаждаются в трубной системе крайне неравномерно и к тому же не спасают от коррозии. Под слоем силикатов преобладает коррозия железа с водородной деполяризацией.

По образцам вырезок труб отмечены сильные коррозионные повреждения вплоть до сквозных отверстий. Вид коррозии - смешанный, главным образом, язвенная коррозия. Теоретически основным источником поступления кислорода является подпиточная вода. Подпитка составляет в среднем зимой - 2500 т/ч, летом - 1500 т/ч. Скорость коррозии железа при содержании кислорода в подпиточной воде 50 мкг/л с учетом того, что до уровня 10 мкг/л кислород за один проход в теплосети полностью расходуется на коррозию железа, составит: зимой 233 г/ч или 168 кг/месяц; летом - 140 г/ч или 100 кг/месяц. Этого недостаточно для объяснения наблюдаемой скорости коррозии, которая больше в 10-100 раз. Основными причинами поступления кислорода в сетевую воду являются аварийные подпитки теплосети «сырой» водой, невыдерживание нормируемой величины кислорода при вакуумной деаэрации, присосы воздуха или необработанной «сырой» воды в воду теплосети в местах, где давление сетевой воды может быть меньше атмосферного. К таким местам относятся трубопроводы «обратной» воды и участки трубопроводов, расположенных до всаса подкачивающих насосов. На рис. 1 представлены данные по содержанию кислорода в сетевой воде. Пик кислорода неоднократно сначала появляется в обратной сетевой воде, уходит на станцию и возвращается в ослабленном виде.

Еще одна причина интенсивного протекания коррозионных процессов - антикоррозионный реагент и режим его дозирования.

На рис. 2 приведены данные по содержанию ингибитора отложения минеральных солей (ИОМС) в подпиточной, прямой и обратной сетевой воде теплосети по данным Набережно-Челнинской ТЭЦ. В летние месяцы (с мая по август включительно) содержание ИОМС в подпиточной (химически очищенной воде - ХОВ), на горячее водоснабжение (ГВС), прямой и обратной сетевой воде практически совпадают и находятся на нормированном уровне - 1-2 мг/л. В зимние месяцы с октября по апрель появляется значительная разница по содержанию ИОМС в различных водных потоках. В сетевой воде содержание ИОМС становится в 1,5-2 раза меньше, чем в подпиточной воде, а в «обратной» воде его содержание ниже, чем в «прямой». Вероятно, это падение связано с работой пиковых водогрейных котлов (ПВК). По схеме подпитки теплосети, подпиточная вода в зимние месяцы подается в «обратную» сетевую воду до ПВК. Далее, вода после подогрева направляется в теплосеть. Определенные недостатки конструкции приводят к сильному местному перегреву воды в котле, которые в совокупности с медленным движением воды приводят к «дезактивации» ИОМС. Это может быть как непосредственно термический распад, так и образование нерастворимых комплексов с ионами жесткости, присутствующими в сетевой воде. В теплосети «дезактивированные» продукты осаждаются, и концентрация ИОМС в «обратной» воде понижается. Эффект «дезактивации» объясняет низкую эффективность реагентных добавок, которые не предотвращают процессы отложения и коррозию в теплосети.

Характер, состав и структура отложений также свидетельствуют о наличии коррозии железа с водородной деполяризацией. На рис. 3 показаны структура и химический состав язвы в трубопроводе открытой теплосети. Данные получены по результатам ИК-спектроскопии и химического анализа.

Проведенные исследования позволили определить основные механизмы коррозии. По результатам исследований разработаны рекомендации для защиты от коррозии трубопроводов и оборудования теплосети.

На Набережно-Челнинской ТЭЦ необходимо принять меры по оптимизации подготовки подпиточной воды и обработки сетевой воды.

1. Оптимизировать добавку антикоррозионного реагента. В настоящий момент ввод антикоррозионного реагента производится таким образом, чтобы обеспечить защиту оборудования станции, а не теплосеть. Возможные меры:

■ изменить место ввода, методику ввода;

■ предусмотреть дополнительный ввод реагента непосредственно в сетевую воду после водогрейных котлов;

■ повысить концентрацию реагента в сетевой воде.

2. Рассмотреть возможность применения других ингибиторов коррозии, допустимых в питьевой воде, более термостойких и более эффективных.

3. Оптимизировать работу пиковых водогрейных котлов с целью снижения внутренних перегревов сетевой воды.

4. Добиться снижения концентрации кислорода в подпиточной воде до уровня 8 мкг/л.

В Набережно-Челнинской теплосетевой компании возможны следующие мероприятия по защите от коррозии.

1. Проработка вариантов защиты подающего магистрального трубопровода, как наиболее подверженного коррозии, с помощью электрохимической защиты. Для подземных участков - анодная (протекторная). Для надземных участков и участков труб с пенополиуретановой тепловой изоляцией - катодная защита.

2. Замена конструкционного материала магистральных труб. Опыт других теплосетей показывает, что замена стали 20 и 10 на сталь 17Г1С позволяет избежать язвенной коррозии.

3. Поиск и ликвидация присосов воздуха и необработанной воды в теплосеть.

4. Поиск и ликвидация мест контакта трубопроводов теплосети с железобетонными конструкциями, как наиболее вероятных источников развития локальной коррозии.

Литература

1. Ляпин А.И., Гиниятуллин Б.А., Чичирова Н.Д. К вопросу количественного определения материальных потоков системы ТЭС - открытая тепловая сеть // XIV межд. науч.-техн. конф. студ. и асп. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: сб. мат. док. Москва: МЭИ (ТУ), 2008. Т.3. С. 131-132.

2. Чичирова Н.Д., Чичиров А.А., Смирнов А.Ю., Гиниятуллин Б.А. Анализ состояния трубопроводов открытой теплосети в системе ТЭС-теплосеть на примере Набережно-Челнинская теплосетевая компания - Набережно-Челнинская ТЭЦ// Труды Академэнерго. 2011. № 1. С. 41-54.

3. Чичирова Н.Д., Чичиров А.А., Смирнов А.Ю., Гиниятуллин Б.А. Обследование состояния внутренней поверхности трубопроводов теплосети города Набережные Челны // V открытая молод. науч.-практ. конф. «Диспетчеризация в электроэнергетике: проблемы и перспективы»: сб. мат. док. Казань: КГЭУ, 2011. Т. 1. С. 29-32.

4. Чичирова Н.Д., Чичиров А.А., Смирнов А.Ю., Гиниятуллин Б.А., Матвеев Д.Ю. Исследование состава и структуры отложений с внутренней поверхности трубопроводов теплосети города Набережные Челны // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2011. № 3-4. С. 60-65.

5. Чичирова Н.Д., Чичиров А.А., Смирнов А.Ю., Муртазин А.И., Гиниятуллин Б.А. Определение структуры и состава отложений в системе оборотного охлаждения ТЭС методами химического анализа и инфракрасной спектроскопии // Труды IX межд. симп. «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение»: сб. мат. док. Казань: АртПечатьСервис, 2008. Ч. 2. С. 143-149.

А.А. Чичиров, Н.Д. Чичирова, А.И.Ляпин, Р.Н. Закиров, А.С. Виноградов , Образование отложений и коррозия на внутренней поверхности трубной системы открытой теплосети

Источник: Журнал "Новости теплоснабжения" №01 (173), 2015 г. , www.rosteplo.ru/nt/173

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Тематические закладки пользователей:

Tеги: коррозия, внутренняя коррозия

Похожие статьи:

Программы Auditor

Отраслевая конференция «Теплоснабжение-2019»

Москва, 22-24 октября 2019 г.
Примите участие!

Подробнее