Способ очистки теплоэнергетического оборудования от накипно-коррозионных отложений

Одна из важнейших проблем, связанная с эксплуатацией теплоэнергетического оборудования, заключена в удалении накипно-коррозионных отложений с рабочих поверхностей теплообмена. Поскольку теплопроводность углеродистой стали 46–58 Вт/м°C, а котельной накипи — 0,082–2,3 Вт/м°C, то очевидно увеличение расхода топлива, объемов дымовых газов, снижение коэффициента полезного действия, сокращение межремонтных сроков, увеличение затрат на обслуживание и ремонт при работе с накипным слоем на внутренних поверхностях труб теплоэнергетического оборудования [2].

Удаление накипно-коррозионных отложений в отечественной и мировой практике осуществляется в основном тремя способами [1, 5, 6]:

1) механическим способом (сверление твердосплавными сверлами, очистка металлическими щетками, пескоструйная и проч. обработка);

2) применением специальной аппаратуры (пневмо-, гидро- и электроимпульсными устройствами);

3) химическим способом.

К недостаткам способа механической очистки относятся его трудоемкость, энергоемкость, а также высокая вероятность повреждения поверхности теплоэнергетического оборудования.

Второй способ очистки с использованием специальной аппаратуры эффективен. Однако его применение принципиально ограничено конструктивными особенностями очищаемого оборудования, а также стоимостью специальной аппаратуры и высокими требованиями к условиям безопасности и квалификации обслуживающего персонала.

При химическом способе очистки оборудования используются химические реагенты, разрушающие отложения продуктов накипеобразования и коррозии. Удаление накипно-коррозионных отложений с помощью химических реагентов – универсальный способ для всех видов и конструкций очищаемого оборудования. К достоинствам химической очистки относятся меньшая трудоемкость и энергоемкость процесса. Важнейшими факторами, определяющими выбор реагентов для проведения химических очисток, являются их доступность, относительно низкая стоимость, эффективность их использования и экологическая безопасность [1, 5, 6].

В статье освещается разработка нового химического способа очистки на уровне изобретения, имеющего по сравнению с известными аналогами ряд технических преимуществ [3].

Известно, что для химической очистки теплоэнергетического оборудования от отложений накипи и продуктов коррозии применяют растворы сильных неорганических кислот – соляной и серной кислот 2–6%-ной концентрации, преимущественно 4%-ного раствора соляной кислоты [6, с. 99]. Недостатками их использования являются достаточно большая скорость растворения очищаемой металлической поверхности, что повреждает очищаемую поверхность оборудования, экологическая вредность, кроме того, необходимость применения ингибиторов антикоррозионной защиты оборудования. В связи с этим более широкое распространение для химической очистки оборудования получили составы на основе комплексонов (комплексообразователей, отличающихся способностью к образованию прочных координационных соединений с ионами металлов), органических добавок и воды, у которых минимальное коррозионное воздействие на очищаемую металлическую поверхность [4].

Наиболее близким аналогом-прототипом является состав, содержащий комплексон, в качестве которого в экспериментальных примерах прототипа используется этилендиаминтетрауксусная кислота (кроме того, в прототипе указывается, что в качестве комплексона можно использовать оксиэтилидендифосфоновую кислоту и др.), органическую добавку, в качестве которой используется аскорбиновая кислота (а именно L-аскорбиновая кислота), воду при следующем соотношении компонентов [4], г/л:

• комплексон – 24,0–26,0;
• аскорбиновая кислота – 1,0–3,0;
• вода, остальное – до 1 л.

К недостаткам наиболее близкого аналога относятся невысокая скорость очистки поверхности от накипно-коррозионных отложений и высокие энергозатраты на указанный процесс очистки.

Целью исследований является получение технического результата – повышение скорости очистки поверхности от накипно-коррозионных отложений и снижение энергозатрат на процесс очистки за счет понижения температуры использования состава (без потери качества очистки, для одной и той же скорости очистки поверхности от отложений в сопоставляемых технических решениях – предлагаемом объекте и прототипе).

Технический результат в предлагаемом способе достигается тем, что состав для очистки поверхностей от накипно-коррозионных отложений, включающий комплексон, органическую добавку, воду, в качестве комплексона содержит оксиэтилидендифосфоновую кислоту, в качестве органической добавки – L-аскорбиновую или лимонную кислоту, и дополнительно содержит оксиэтилированный алкилфенол на основе тримеров пропилена при следующем соотношении компонентов, масс.%:

• оксиэтилидендифосфоновая кислота – 1,2–1,4;
• L-аскорбиновая или лимонная кислота – 1,1–1,3;
• оксиэтилированный алкилфенол на основе тримеров пропилена – 0,03–0,05;
• вода – до 100.

Оксиэтилидендифосфоновая кислота, характеризуется формулой СН₃С(OH)(PO₃H₂)₂; L-аскорбиновая кислота (γ-лактон 2,3-дегидрогулоновой кислоты) характеризуется формулой С₆Н₈О₆; лимонная кислота характеризуется формулой НОС(СН₂СООН)₂СООН [7]. Оксиэтилированные алкилфенолы на основе тримеров пропилена согласно российскому ТУ 2483-077-05766801-98 представляют собой техническую смесь поли­этиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов следующего состава:

С₉Н₁₉С₆Н₄О(С₂ Н₄О) _n∙Н ,

где С₉Н₁₉ – алкильный радикал изононил;

n – усредненное число молей окиси этилена, присоединенное к одному молю алкилфенолов.

Сопоставительный анализ с известными техническими решениями позволяет сделать вывод, что предлагаемый очищающий состав, содержащий компоненты в опре­деленном заявленном соотношении, является новым.

Экспериментальное подтверждение предлагаемого решения осуществляли сопоставлением при одних и тех же условиях результатов реализаций прототипа и предлагаемого решения.

Для проведения экспериментов приготавливают различные очищающие составы (растворы), включающие предлагаемый состав и прототип. Эксперименты проводят на образцах трубной системы технологической печи подогрева водонефтяной эмульсии, содержащей отложения, организуя для очищающего раствора циркуляцию, подогрев и термостатирование для поддержания заданной температуры процесса (T, °С). Для возможности сопоставления результатов эксперименты проводят при одной и той же скорости подачи очищающего раствора и одном и том же времени промывки. Часть необходимых экспериментов планируют на основании предварительных опытов и расчетов. Растворение отложений осуществляют путем отмывки внутренней поверхности образца нагретым составом (при 60 °С и выше). Исследуемый состав прокачивают через подвергаемый очистке образец. Скорость очистки (удаления) от отложений (V) в г • см^{‾ 2} • ч^{‾ 1} определяют с использованием гравиметрического метода, рассчитывая ее по формуле (аналогичной формуле для расчета скорости коррозии согласно ГОСТ 9.506-87):

V=,

где:

– масса образца до испытания, г;

– масса образца после испытания, г;

– площадь внутренней поверхности образца, см²;

– время испытания, ч.

В случае прототипа исследуют составы, содержащие следующие компоненты: комплексон (или этилендиаминтетрауксусную кислоту – компонент К1 или оксиэтилидендифосфоновую кислоту – компонент К2), L-аскорбиновую кислоту (компонент А), воду (компонент В). В случае заявленного решения исследуют составы, содержащие оксиэтилидендифосфоновую кислоту (компонент К2), L-аскорбиновую кислоту (компонент А) или лимонную кислоту (компонент Л), оксиэтилированный алкилфенол на основе тримеров пропилена (компонент П), воду (компонент В). Результаты проведенных экспериментов, достаточные для иллюстрации разработки, представлены в табл. 1 для случая прототипа и в табл. 2 для предлагаемого состава и других составов на основе компонентов предлагаемого состава, данные по которым обосновывают оптимальность заявленного интервала соотношений компонентов предлагаемого состава.

Из данных, приведенных в табл. 1–2, следует, что в случае предлагаемого состава скорость очистки (удаления) от отложений при равных условиях превосходит скорость очистки в случае прототипа в среднем примерно на 27%.

Кроме того, из данных табл. 1–2 следует, что в случае предлагаемого состава в сравнении с прототипом возможно проведение очистки при более низкой температуре, в среднем примерно на 13% ниже, без потери качества очистки, при одной и той же скорости очистки в сопоставляемых технических решениях.

Таблица 1.

Результаты очистки от отложений в случае прототипа

Таблица 2.

Результаты очистки от отложений для предлагаемого состава и других составов на основе компонентов предлагаемого состава, данные по которым обосновывают оптимальность заявленного интервала соотношений компонентов предлагаемого состава

Продолжение таблицы 2

Продолжение таблицы 2

 Продолжение таблицы 2

Так, вместо 70 °С по прототипу можно использовать 60 °С по предлагаемому способу, поскольку в этих сопоставляемых случаях скорости очистки примерно равны, и соответственно вместо 80 °С по прототипу можно использовать 70 °С по предлагаемому способу, вместо 100 °С по прототипу можно использовать 87 °С по предлагаемому способу. Таким образом, предлагаемый состав позволяет снизить энергозатраты на процесс очистки за счет понижения температуры использования состава.

Лучшая эффективность показателей достижения заявленного технического результата предлагаемым составом по сравнению с известными объясняется синергическим эффектом действия компонентов предлагаемого состава, взятых в указанных соотношениях.