Контроль коррозии в градирнях

Градирни обеспечивают эффективный метод отвода тепла и широко используются для кондиционирования помещений, охлаждения и промышленного охлаждения. Борьба с коррозией в системах водяного охлаждения является серьезной проблемой для многих отраслей промышленности по всему миру.

В контурах охлаждающей воды проблемы коррозии и образования накипи не новы, но постоянные тенденции в природоохранном законодательстве приводят к еще большей степени испарения и, следовательно, к очень высоким остаточным концентрациям различных видов. Таким образом, даже если используемая вода изначально чистая и некоррозионная, из-за этого эффекта концентрации она становится коррозионной, и увеличивается ее склонность к образованию накипи и биообрастанию.

В этой статье мы рассмотрим градирни, проблемы с коррозией, с которыми они чаще всего сталкиваются, и способы их предотвращения.

Типы контуров градирен

В замкнутом контуре вся охлаждающая вода находится в замкнутом контуре. Нет контакта с атмосферой и, следовательно, нет риска загрязнения последней. Тепло отводится теплопроводностью и конвекцией через вторичный контур, а не непосредственно путем испарения воды первичного контура. Замкнутые контуры можно использовать только на небольших установках, в системах с большим расходом или в системах с холодильной установкой (резервуар для ледяной воды).

Рис. 1. Закрытая рециркуляционная система охлаждения
Источник:Контроль коррозии в охлаждающих водах, под редакцией Дж. Д. Харстона и Ф. Ропитала.

Наиболее широко используются открытые рециркуляционные системы охлаждения, как показано на рисунке 2. Полузамкнутая схема питается от питательной воды. Расход циркулирующей воды поддерживается насосами постоянным. Вода нагревается горячей технологической жидкостью в теплообменниках. Горячая вода находится в непосредственном контакте с воздухом в градирнях и охлаждается как за счет этого контакта, так и за счет потери скрытой теплоты испарения.

Рис. 2. Открытая рециркуляционная система охлаждения
Источник:Контроль коррозии в охлаждающих водах, под редакцией Дж. Д. Харстона и Ф. Ропитала.

Проблемы, связанные с использованием неочищенной воды

Тремя основными типами проблем в контурах охлаждающей воды являются образование накипи, коррозия и загрязнение. Эти проблемы тесно взаимосвязаны, и корректирующие действия, предпринятые для решения одной из них, часто сказываются на других.

Масштабирование

Считается, что образование накипи происходит, когда металлическая или другая поверхность покрывается прилипшим минеральным отложением. Отличительной чертой по сравнению с отложениями, образующимися при осаждении твердых частиц из жидкости, является то, что накипь прилипает к поверхности. Отложения накипи могут улучшить улавливание взвешенных твердых частиц.

В контуре водяного охлаждения образование накипи в основном связано с образованием карбоната кальция. Впоследствии накипь может содержать другие вещества, такие как глины, остатки водорослей или сульфат кальция, но первым всегда осаждается карбонат кальция, так как его растворимость ниже.

Коррозия

Водная коррозия металлов носит электрохимический характер и включает две независимые реакции. Первая реакция соответствует окислению металла. Вторая реакция – восстановление некоторых частиц в агрессивной среде. Реакция окисления металла является анодной и высвобождает положительно заряженные ионы металла в раствор и электроны в металл, как показано в приведенной ниже формуле:

(M)_металл --> (M ⁿ⁺ )_{решение} + нет ^-

Впоследствии электроны, освобождающиеся в металле, восстанавливают окислитель в коррозионной среде в катодной реакции, описанной ниже:

(Ox ^+q )_{решение} + (ne ^- )_металл --> (Красный ^q-n ) _{решение}

В зависимости от среды и материалов может возникать широкий спектр режимов коррозии. Для стальных сплавов наиболее распространенными режимами коррозии являются равномерная коррозия, точечная коррозия, щелевая коррозия и межкристаллитная коррозия. Для медных сплавов режимы коррозии могут включать удаление цинка и истощение Al или Ni.

Коррозионное обрастание, вызванное микроорганизмами

Микроорганизмы естественным образом присутствуют во всех водах. Если они размножаются слишком быстро, они могут создать два типа проблем в водяных контурах:

• Биообрастание , что связано с накоплением колоний микроорганизмов на поверхностях оборудования, что приводит к образованию биопленок.
• Биокоррозия относится к химическому воздействию микроорганизмов. В случае металлов коррозия обычно вызывается бактериями.

В обоих случаях последствия размножения микроорганизмов могут быть значительными, включая снижение эффективности теплообменников, закупорку трубопроводов, повышение противодавления и даже утечку в результате сквозной коррозии.

Очистка водяных контуров

Цель обработки питательной воды на входе состоит в том, чтобы изменить свойства сырой воды, чтобы она соответствовала требованиям соответствующего контура. Независимо от обработки питательной воды все равно необходимо добавлять химикаты в воду в контуре охлаждения. Это связано с тем, что для обеспечения успеха принятой философии лечения требуется специальное кондиционирование участка. Распространенными химическими продуктами являются ингибиторы образования накипи и диспергаторы, ингибиторы коррозии и биоциды.

Ингибирование образования накипи и/или обработка диспергаторами — стабилизация

В этом процессе в контур вводятся добавки для предотвращения осаждения карбоната кальция, особенно в горячих точках. Эти продукты либо увеличивают предел растворимости, либо поддерживают воду в состоянии перенасыщения. Таким образом, они позволяют схеме работать при более высоком коэффициенте концентрации.

Основные задействованные механизмы:

• Секвестрация/комплексообразование с образованием стабильных молекул с ионами кальция и магния
• Отравление ядер кристаллов
• Подавление роста кристаллов
• Эффект дисперсии для поддержания зародышевых частиц в состоянии дисперсии, близком к пределу их растворимости.

Стабилизирующие обработки очень популярны, поскольку они позволяют работать при «свободном рН».

Затем pH регулируется CO и равновесием растворимости между водой и атмосферой и становится простой функцией M-уровня щелочности (MA).

контроль pH

Предел растворимости CaCO3 чувствителен к pH, что напрямую влияет на концентрацию ионов карбоната. Чтобы предотвратить осаждение CaCO3, в контур впрыскивается кислота для снижения pH. Для этой цели обычно выбирают серную кислоту.

На самом деле добавление кислоты имеет два эффекта:она снижает уровень МА за счет нейтрализации ионов HCO3- с образованием CO2. Это также снижает pH, если CO2 образуется быстрее, чем удаляется из контура путем дегазации.

Обработка ингибиторами коррозии

При добавлении в контур ингибитора коррозии продукт образует тонкие адсорбированные пленки, не препятствующие теплопередаче. Они содержат два активных вещества, препятствующих реакциям анодной и катодной коррозии.

Анодные ингибиторы

Анодные ингибиторы увеличивают анодную поляризацию и перемещают коррозионный потенциал в катодном направлении. Эти вещества соединяются с продуктами коррозии металлов, образуя совершенно нерастворимую соль. Если ингибирование чисто анодное, необходимы большие количества ингибитора. Это может быть практичным только в цепях очень малого объема, так как любой дефицит ингибитора может привести к ускоренной локализованной атаке.

Катодные ингибиторы

Катодные ингибиторы уменьшают коррозию за счет замедления скорости реакции восстановления электрохимической коррозионной ячейки. Эти вещества соединяются с продуктами реакции катодной коррозии, снова образуя нерастворимые соединения. Катодные ингибиторы сопряжены с меньшим риском, чем их анодные аналоги, поскольку локальная коррозия не вызывается падением их концентрации.

Органические ингибиторы

Действие органических ингибиторов связано с образованием сплошной адсорбционной пленки, препятствующей протеканию электрохимических реакций на открытых поверхностях. Пленка образуется путем физической или химической адсорбции полярных органических молекул на поверхности металла, так что выбор молекул зависит от соответствующего металла.

Реализация лечения

После того, как кондиционирующая обработка определена, она выполняется в соответствии с особенностями участка. В замкнутых контурах продукты кондиционирования вводятся при запуске. Никаких дополнительных дополнений не требуется, за исключением случаев случайного слива.

В открытых системах оборотного водоснабжения реагенты, кроме неокисляющих биоцидов, периодически закачиваются насосами в питательную емкость. В редких случаях применяется гравитационная инъекция. В некоторых критических теплообменниках иногда может потребоваться дополнительная точечная обработка.

В последние годы системы мониторинга коррозии в режиме реального времени используются для оценки общей скорости коррозии, а также для оценки потенциала локальной или точечной коррозии. В этих системах используется сочетание технологий, включая электрохимический шум (ECN), низкочастотный импеданс (LFI) и анализ гармонических искажений (HDA).