Эффективное применение антинакипинов в системах теплоснабжения

Рассмотрено применение антинакипина ингибитор отложения минеральных солей (ИОМС-1). Определена эффективность антинакипинов при разных составах воды.

Ключевые слова: антинакипины, система теплоснабжения, физико-химические процессы, концентрация, реагент, деаэрированная вода, накипь.

Главным требованием в процессе нагрева воды в системе теплоснабжения является отсутствие кипения. На практике последнее время активно используются антинакипины. Антинакипины — это химические вещества, не позволяющие кальциевым и магниевым соединениям образовываться в виде осадка (накипи) на поверхности нагрева. Они в основном содержат органические вещества с фосфоновой группой –РО ₃ Н ₂ . Антинакипное действие фосфонатов определяется адсорбцией реагента на активных центрах роста кристаллов, тормозящей образование кристаллов в пересыщенном растворе. Результатом является то, что раствор находится в пересыщенном состоянии без образования накипи. В этом случае позволяется использовать для тепловой сети деаэрированную воду без химводоочистки. Внедрение этих веществ на энергообъектах даёт высокий экономический эффект так как исключается химическая водоочистка. Иногда встречаются случаи, когда внедрение антинакипинов с исключением химической очистки воды имеет отрицательные последствия: некоторые элементы системы теплоснабжения забиваются накипью. Причина тому — отсутствие единых правильных методик для определения нужных концентраций реагента при применении антинакипинов в системах теплоснабжения.

Значительную роль также играет точное представление в физико-химических процессах при накипеобразовании. Есть предположение, что доза антинакипинов в воде должна зависеть от количества накипи, а именно от температуры нагрева и концентрации ионов Ca и CO ₃ . Количество карбоната кальция может быть определено с помощью карбонатного индекса ( И _к ) и температуры воды. Рассмотрим применение широко распространяемого антинакипина ингибитор отложения минеральных солей (ИОМС-1). В результате исследований зависимости концентрации ИОМС-1 от И _к построить явные зависимости невозможно. Это связано с рядом факторов. Значение ( И _к ) не полностью определяет накипеобразующую способность воды. Большую роль играет влияние природных органических соединений, присутствующих в воде, также на появление накипи влияет и солевой состав воды. Количество фосфоната, сорбирующегося на образующихся твёрдых микрочастицах карбоната кальция, зависит от суммарной площади поверхности. Теплотехнические факторы тоже играют очень большую роль. Не секрет, что в водогрейных водотрубных котлах существует температурная разверка, и реальная температура в отдельной трубе может значительно отличаться от температуры в выходном коллекторе котла. Следовательно, концентрация антинакипина в этом случае должна быть значительно выше. Возникают сложности и при организации водно-химического режима для распространённых в настоящее время водогрейных жаротрубных котлов. В конструкции таких котлов есть зоны с пониженной скоростью циркуляции, следовательно, значительный локальный перегрев воды.

При использовании данных химических элементов в системе теплоснабжения обязательно необходимо экспериментальное определение марки и количество фосфоната.

Перед применением фосфонатов необходимо проверить их применение в опытах реальных условий работы. Однако фирмы, предлагающие услуги по внедрению антинакипинов в большинстве случаев экспериментальную отработку проводят в открытых ёмкостях, соответственно максимальная реализуемая температура не будет превышать 100 °С при кипении воды (при атмосферном давлении). Но кипение воды не отражает условия работы водогрейного оборудования, так как развитого кипения не должно быть. Причем при кипении важен начальный этап поверхностного кипения, потому что образовывающиеся пузырьки пара во время кипения могут длительное время не отрываться от поверхности и стимулировать накипеобразование. Такой режим часто возникает в сетевых подогревателях при больших тепловых потоках, особенно при значительном недогреве воды до кипения. [1]

Из-за особенностей различных вод возникают сложности выстроить антинакипины в четко регламентированный ряд по эффективности независимо от состава воды. Так Всероссийским теплотехническим институтом была проведена методика по сравнению определенных марок и определению оптимальной концентрации антинакипина. Так антинакипины производства ОАО «Химпром» были выстроены в последовательность с убыванием эффективности для систем теплоснабжения:

ОЭДФ>ИОМС≈ПАФ13А>ОЭДФ-цинк.

Эксперименты проводились с водой от 90 до 150 °С с изменением значения карбонатного индекса за счет добавления накипеобразующих реагентов.

Так же эффективность можно оценивать по формуле:

где и — количество кальция в воде до и после проведения опытов, мг-экв/кг.

Для разных составов вод могут быть эффективны разные реагенты (табл.1):

Таблица 1

Эффективность разных антинакипинов при разных составах воды

Из таблицы видно, что, например, для первого образца намного эффективен ОЭДФ чем ИОМС; для образцов воды 2 и 3 эффективность обоих веществ примерно одинакова, однако эффективность ОЭДФ немного выше; для 4 использовалась нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ), однако в данном случае более эффективен ИОМС. [2]

Из этого можно сделать вывод, что невозможно создать единый ряд для всех случаев. Эффективное и надёжное применение данных веществ в системах теплоснабжения обеспечивается только в случае экспериментального выбора антинакипина.

Литература:

1. Балабан-Ирменин Ю. В., Рудакова Г. Я., Маркович Л. М. Применение антинакипинов в энергетике низких параметров. М. Новости теплоснабжения, 2011, 208 стр.
2. Закономерности накипеобразования в водогрейном оборудовании систем теплоснабжения. Балабан-Ирменин Ю. В., Богловский А. В., Васина А. Г. и др. Энергосбережение и водоподготовка, 2004, № 3, с. 10–16.