Размещено на http: //www. allbest. ru/

Технология химической обработки внутренних поверхностей котельного оборудования

К.Е. Бутабаева

Г.У. Куттыбаев

Аннотация

химический котельный отмывка коррозионный

Безопасная технология химической обработки внутренних поверхностей котельного оборудования молочной кислотой снижают уровни коррозионных загрязнений внутренних поверхностей и позволяют по новому подойти к проблемам отмывки и пассивации этих поверхностей на обьектах промышленной энергетики.

Традиционные технологии химической обработки внутренних поверхностей котельного оборудования включают в себя стадию химической очистки обрабатываемых поверхностей от продуктов коррозии и стадию пассивации очищенного металла. С этой целью обычно используют растворы минеральных кислот, комплексонов, органических и неорганических ингибиторов с относительно высокими концентрациями. Реализация таких технологий требует значительных материальных и трудовых затрат и создает проблему переработки и утилизации больших объемов жидких отходов.

Совершенствование технологий изготовления котельного оборудования на заводах, эксплуатация котлов при оптимальных воднохимических режимах, мероприятия по улучшению водоподготовки существенно снижают уровни коррозионных загрязнений внутренних поверхностей и позволяют по - новому подойти к проблемам отмывки и пассивации этих поверхностей на объектах промышленной энергетики.

Как известно, коррозионные отложения чаще всего состоят из двух слоев: рыхлого наружного и плотно прилегающего к металлу внутреннего. Наибольшие затруднения при отмывках вызывает удаление внутренних слоев коррозионных отложений. Следует отметить, что по физическим свойствам внутренние слои почти идеально отвечают требованиям, предъявляемым к защитным оксидным пленкам, специально формируемым на поверхности сталей для защиты металла от коррозии. Исключение составляет недостаточная сплошность внутренних слоев коррозионных отложений. Наличие в них различного рода пор, микро и макротрещин и разрывов однородности создает благоприятные условия при контакте металла с агрессивнымы средами для развития очагов коррозии.

Исходя из указанного, авторы сосредоточили внимание не на поиске эффективных способов растворения и удаления внутренних слоев коррозионных отложений, а на разработке способа создания на базе этих слоев высококачественных защитных пленок. Привлекательным с этой точки зрения может стать использование явления термохимического оксидирования сталей, в результате которого происходит своеобразное «залечивание» открытых участков металла.

Наилучшими защитными от коррозии свойствами обладают оксидные пленки,

образующиеся в прцессе обработки сталей растворами комплексонов, однако для их формирования требуются относительно высокие температуры - от 260 до 300?С. Именно в этом температурном интервале создаются необходимые и достаточные условия для формирования оксидных пленок в процессе термолиза комплексонатов железа, образовавшихся на низкотемпературных стадиях контакта сталей с растворами комплексонов. Поиск путей создания благоприятных условий для термохимического оксидирования сталей при существенно более низких температурах по ряду причин заставляет обратить внимание на молочную кислоту как альтернативный комплексонам реагент.

Молочная кислота в водных растворах существует в виде мономолекулярных ассоциированных с помощью водородных связей соединений, обладающих хорошими комплексообразующими свойствами с ионами металлов. В частности, лактат железа, образующийся при контакте сталей с растворами Hlact, имеет константу устойчивости k1= 6, что позволяет отнести его к достаточно стабильным комплексам.

Молочная кислота в 5 - 10 раз дешевле комплексонов, экологически безвредна, употребляется в пищевой промышленности, при глубоком термолизе разлагается на водуи углекислый газ. Предварительные спектрофотометрические исследования кинетики образования лактата железа позволили установить многократное ускорение этой реакции с ростом температуры: если при комнатной температуре время выхода реакции на равновесие составляет 1 - 2 сут, то при 80?С оно сокращается до 2 - 3 ч.

В табл. 1 приведены характеристические полосы поглощения в видимой области спектра растворов лактата железа, продуктов растворения перлитной стали 20 в молочной кислоте и продуктов их термического разложения до и после 3 ч термолиза при различных температурах. Термолиз растворов HLact и лактатов железа проводили в автоклавах - стаканах по методике. Данные табл. 1 свидетельствуют об образовании лактатов железа при взаимодействии растворов молочной кислоты с перлитными сталями. Отсутствие заметного влияния температуры в интервале 120 - 300оС на вид спектров поглощения растворов № 5 - 8 позволяет сделать вывод о существенно более низкой термической устойчивости лактатов железа по сравнению с его комплексонатами: для термического разложения лактатов достаточна температура 120оС, тогда как для глубокого термолиза комплексонатов необходимы температуры более 260оС. Результаты исследования массообмена железа в системах сталь 20 - раствор HLact и сталь 20 - раствор HLact + H2O2 свидетельствуют о существенном влиянии температуры на изменение содержания железа в контактирующих растворах. В интервале температур 20-100°С в растворах HLact наблюдается преимущественное растворение перлитной стали, а при температурах выше 120°С концентрация железа в растворах HLact стабилизируется (кривая на рис. 1). Анализ дифрактограмм поверхности образцов из стали 20 после контакта с растворами HLact показал, что именно при температурах выше 120°С ниболее полно проявляется характеристический ряд магнетита (Fе3О4).

Связав наблюдаемое на рис. 1 резкое снижение скорости растворения стали 20 при температурах выше 120 "С с образованием на поверхности металла пленок из магнетита, можно сделать заключение о практически полной аналогии механизмов термохимического оксидирования перлитной стали в растворах комплексонов /2, 3/ и молочной кислоты, но в последнем случае оксидирование происходит при существенно более низких температурах. Кроме того, так же, как и в случае растворов комплексонов, при добавлении к раствору молочной кислоты пероксида водорода снижаются минимальные значения температуры, необходимой для формирования качественных защитных пленок: для комплексонов с 260 до 200 °С /7, 8/. Для молочной кислоты-со 120 до 90 °С (кривая 2 на рис. 1).

Из анализа анодных потенциодинамических кривых образцов стали 20 (рис. 2) следует, что защитные свойства магнетитных пленок, образующихся при 120 "С в контакте с раствором HLact и при 90 °С в контакте с раствором HLact+H2O2, близки и сопоставимы с защитными свойствами наилучших по качеству пленок, полученных в оптимальных условиях обработки стали 20 раствором комплексона.

Приведенное выше обоснование оптимальных условий термохимического оксидирования перлитных сталей в растворах молочной кислоты было положено в основу разработанной принципиальной схемы промывки котельного оборудования водным раствором молочной кислоты с одновременной пассивацией металла (табл. 2). Данная технология была реализована на промышленном котле ДЕ-10. Подача рабочих растворов HLact и Н2О2 из бака приготовления в котел производилась по временной схеме циркуляционным насосом. Этим же насосом осуществлялась циркуляция промывных растворов по схеме: нижний барабан-насос-верхний барабан-опускные трубы-нижний барабан. Ход процесса промывки и оксидирования контролировался по результатам химического анализа промывных растворов на содержание Fe, HLact, H2O2. Как видно из рис. 3, общее время проведения отмывки внутренних поверхностей котла ДЕ-10 составляет около 10 ч.

В железо после добавления пероксида водорода в значительных количествах процессе обработки раствором молочной кислоты растворенное на начальных стадиях взаимодействия переходит из раствора в образующуюся на металле оксидную пленку. Добавляемые в котел реагенты HLact и Н2О2 в процессе обработки поверхностей практически полностью разлагаются, поэтому в отработанных растворах основным компонентом остаются продукты коррозии железа. Это позволило провести слив отработанных растворов без обработки на шламовые поля. Следует отметить, что близкие значения равновесных концентраций железа на рис. 1 и 3 свидетельствуют о корректности экспериментального обоснования технологии и возможности использования результатов лабораторных исследований в реальных условиях эксплуатации промышленных котлов. Визуальный осмотр внутренних поверхностей барабанов после осушения котла показал полное отсутствие отложений продуктов коррозии. Обработанные поверхности покрыты сплошной плотно сцепленной с металлом оксидной пленкой черного цвета. В верхней части барабанов поверх оксидной пленки наблюдались незначительные по толщине и легко удаляемые ватным тампоном слои соединений железа рыжеватого цвета, появление которых, возможно, связано с высыханием остатков растворов на поверхностях. Следов местной коррозии металла на обработанных поверхностях не обнаружено. В воде заполнения обработанного по схеме табл. 2 котла ДЕ-10 в течение 3 сут наблюдения при комнатной температуре не было обнаружено заметного прироста концентрации железа, что свидетельствует о крайне низкой скорости коррозии оборудования такого котла даже в стояночных условиях.

Литература

1. Внутритрубные образования в паровых котлах сверхкритического давления. В.П.Глебов, Н.Б.Эскин, - М.: Энергоатомиздат, 1983.

2. Применение комплексонов в теплоэнергетике. Т.Х.Маргулова -.: Энергоатомиздат, 1986.

Таразский Государственный университет им. М.Х.Дулати, Тараз

?АЗАНДЫ? ?ОНДЫР?ЫСЫНЫ? ІШКІ ЖА?ТАУЛАРЫН

ХИМИЯЛЫ? ??ДЕУ ТЕХНОЛОГИЯСЫ

К.Е.Бутабаева

?.?.??ттыбаев

?азанды? ?ондыр?ысыны? ішкі жа?тауларын с?т ?ыш?ылымен химиялы? ??деуді? ?ауіпсіз технологиясында ішкі жа?тауларды? коррозиялы? кірленуіні? де?гейі т?мендейді ж?не ?ндірістік энергетика обьектілерінде осы проблемаларды жа?аша шешуге м?мкіндік береді.

ECOLOQICALLJ SAFE TECHNOLOQJ OF CHEMICAL PROCESSINQ

OF INTERNAL SURFACES OF THE BOILER EQUIPMENT BJ A DAIRJ ACID

К.Е.Butabaeva

Q.U.Kuttibaev

Preparatior of the teachtrs of electropower disciplines in ste Field of perfection of pedaqoqical skill.