В роботі проаналізовано хімічний склад відкладень теплового обладнання і запропоновані способи їх очищення.

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - зимняк Олександр Михайлович, Наумов Роман Валерійович


In the article the chemical composition of heat equipment precipitation is analyzed and the nays of their purifying are offered.


Область наук:
  • хімічні технології
  • Рік видавництва: 2010
    Журнал: Известия Пензенського державного педагогічного університету ім. В.Г. Бєлінського
    Наукова стаття на тему 'Аналіз хімічних відкладень теплового обладнання і способи їх очищення'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз хімічних відкладень теплового обладнання і способи їх очищення»

    ?ВІСТІ

    Пензенська ДЕРЖАВНОГО ПЕДАГОГІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ імені В. Г. БЕЛИНСКОГО ПРИРОДНИЧІ НАУКИ № 17 (21) 2010

    IZVESTIA

    PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 17 (21) 2010

    УДК 543

    АНАЛІЗ ХІМІЧНИХ ОТЛОЖЕНИЙ ТЕПЛОВОГО ОБЛАДНАННЯ

    І СПОСОБИ ЇХ ОЧИЩЕННЯ

    © А. М. зимняк, Р. В. НАУМОВ Пензенський державний педагогічний університет ім. В. Г. Бєлінського, кафедра хімії та теорії і методики навчання хімії e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Зимняк А. М., Наумов Р. В. - Аналіз хімічних відкладень теплового обладнання і способи їх очищення // Известия ПДПУ ім. В.Г. Бєлінського. 2010. № 17 (21). С. 104-108. - У роботі проаналізовано хімічний склад відкладень теплового обладнання та запропоновано способи їх очищення.

    Ключові слова: відкладення теплового обладнання, якісний склад відкладення, кількісний склад відкладення, способи очищення.

    Zimnyakov A. М., Naumov R. V. - The analysis of heat equipment chemical precipitation and the methods of their purifying // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V. G. Belinskogo. 2010. № 17 (21). P. 104-108. - In the article the chemical composition of heat equipment precipitation is analyzed and the nays of their purifying are offered.

    Keywords: heat equipment precipitation, the qualitative composition of precipitation, the quantitative composition of precipitation, the nays of purifying.

    У всьому світі проблема освіти відкладень в технологічному і теплообмінному обладнанні, а також в трубопроводах дуже актуальна.

    Готовність теплових станцій і котелень до зими, в рамках всеросійської програми підготовки до опалювального сезону, викликає підвищену увагу. Необхідність проведення робіт, що забезпечують безаварійну роботу теплового обладнання, виходить на перший план. Однією з головних проблем, з якою стикаються експлуатаційні організації - це утворення твердих відкладень на внутрішній поверхні котлів, теплообмінників і трубопроводів теплових станцій. утворення цих відкладень призводить до серйозних втрат енергії. Ці втрати можуть досягати 60%. Зростання відкладень істотно знижує тепловіддачу. Великі відкладення можуть повністю блокувати роботу системи, привести до закупорювання, прискорити корозію і в підсумку вивести з ладу дороге устаткування [3].

    Всі ці проблеми виникають через те, що в водогрійних котелень для підживлення теплових мереж, як правило, або відсутні установки водопідготовки, або ті, що встановлені, морально і фізично застаріли. Вихідна вода часто подається в опалювальну систему без необхідної обробки і підготовки.

    При цьому надійність і економічність роботи котельного, теплоенергетичного та іншого подібного обладнання в значній мірі залежить від ефективності проведеної водопідготовки [2].

    Крайня зношеність обладнання багатьох котельних часто пов'язана з тим, що остання їх модернізація проводилася дуже і дуже давно. «Капітальний» ремонт систем водопідготовки, що використовують, як правило, системи пом'якшення з використанням сульфоугля і зданих в експлуатацію кілька десятків років тому лише відкладає на два-три роки їх остаточне руйнування і нітрохи не знижує ймовірність виникнення аварійних ситуацій в опалювальний період [10].

    У зв'язку з цим, дослідження складу і структури відкладень накипу і продуктів корозії є необхідним етапом робіт по розробці технології хімічного очищення теплоенергетичного обладнання. Це обумовлено тим, що для руйнування і видалення різних відкладень необхідно використовувати різні хімічні реагенти і різні технологічні режими (температуру, тривалість очищення).

    Слід мати на увазі, що властивості відкладень з однаковим або схожим хімічним складом можуть відрізнятися в залежності від будови. Наприклад, швидкість розчинення залізо-окисних відкладень залежить від симетрії кристалічної решітки.

    МАТЕРІАЛ І МЕТОДИКА

    Колір зразків - блакитно-зелений, агрегатний стан - тверда кристалічна маса.

    Якісний хімічний аналіз здійснювали шляхом проведення хімічних аналітичних ре-

    акцій. В результаті відбувалося хімічне перетворення аналізованого речовини при дії аналітичного реагенту з утворенням продуктів з помітними аналітичними ознаками (сигналами) [1; 6].

    Аналітичним сигналом були колір і його зміна, запах, виділення газоподібних продуктів, випадання або розчинення осаду.

    У разі утворення осаду, крім самого факту випадання, аналітичним сигналом були його колір, форма (кристалічна або аморфна), а також характерна форма кристалів.

    досліджено хімічний склад відкладень.

    Кількісний аналіз хімічного складу відкладень проводився атомно-абсорбційним методом з використанням спектрометра «Квант-2А», модель 04 [4].

    Проведено аналіз на розчинність відкладень накипу.

    РЕЗУЛЬТАТИ І ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Візуальний огляд відкладення

    Колір зразків - блакитно-зелений, агрегатний стан - тверда кристалічна маса.

    Визначення розчинності відкладень в воді

    Проведено аналіз на розчинність відкладень накипу в різних розчинниках. Отримані результати, представлені в табл. 1.

    Таблиця 1 Розчинність відкладень накипу

    Таким чином, відкладення, представлені на аналіз, розчиняються лише в азотній кислоті.

    Аналітичний якісний аналіз відкладень

    Визначення в розчиненої азотній кислоті компонентів осаду (катіонів та аніонів)

    Реакція виявлення катіона кальцію Са 2+ Відомо, що розбавлена ​​сірчана кислота Н ^ 04 утворює з іоном кальцію білий осад сульфату кальцію. Внаслідок досить високої розчинності сульфату кальцію (2 г / дм3) осадження можливо тільки з досить концентрованих розчинів солей кальцію. Більш повне осадження сульфату

    відбувається при додаванні до розчину етилового спирту. Виявлення катіона кальцію здійснювали наступним чином. До 3 крапель досліджуваного розчину додавали 3-4 краплі розведеного розчину сірчаної кислоти. До помутнілого розчину доливають 8-10 крапель етилового спирту. При цьому спостерігали утворення осаду білого кольору сульфату кальцію [1]:

    Са2 + + ЗО2- ^ СаЗО.

    4 4 4

    При виявленні катіона міді Си2 + водний розчин аміаку, взятий в надлишку, давав з розчином відкладень синьо-фіолетове забарвлення, яка підтверджує наявність катіонів міді.

    Си2 ++ 4ПН4ОН ^ [Сі (№3) 4] ЗО4 + 4 Н2О

    Водний розчин аміаку утворював з катіоном хрому Сг3 + осад Сг (ОН) 3 сіро-фіолетового кольору відповідно до формули.

    Сг3 + + 3 ШРН ^ Сг (ОН) 3 4 + 3 ПН4 +

    При змішуванні розчину відкладень з розчином, що містить йодид-іони утворювався жовтий осад, який свідчить про присутність іонів РЬ2 + [6].

    Виявлення іонів свинцю відбувалося за наступною реакції:

    РЬ2 + + 2 J- ^ РЬ ^ 4

    Наявність катіона цинку виявили шляхом змішування розчину дитизона в хлороформі з розчином відкладень. Дитизон в хлороформі при наявності іонів цинку утворює внутрикомплексного сіль червоного кольору.

    У розчині відкладень був виявлений катіон нікелю №2 + шляхом додавання до осаду водного розчину діметілгліоксіма (реактив Чугаева) в аміачної середовищі. Цей реактив дає з катіоном нікелю осад внутрикомплексного солі за формулою:

    М2 ++ 6ПН4ОН ^ [М (ПН3) 6] 2+ + 6Н2О

    [М (МН3) 6] 2+ + 2 С4НДО2 + 4 Н2О ^

    ^ М (С4НДО2) 2 | + 2Ш / + + 4 Ш4ОН

    м2 + + 2ш4он + 2С4Н8: ПР2 ^

    ^ № (С6Н7П2О2) 24 + 2 Ш4 ++ 6Н2О

    Гексаціаноферрат калію (II) K3 [Fe (CN) 6] (червона кров'яна сіль) виділяє темно-синій осад турбуленовой сині. Осад практично не розчинний в кислотах, але розкладається лугами. Це найбільш чутлива реакція на солі заліза (II). Для придушення гідролізу солей заліза реакцію проводили в кислому середовищі. Спостерігали осад темно-синього кольору:

    3Fe2 + + 2 ^ е (СП) 6] 3 ^ Fe3 [Fe (CN) 6] 24

    Сильні підстави, такі як гідроксид натрію №ОН, осаджують білий осад гідроксиду магнію. У присутності амонійних солей осадження не може бути повним. При високій концентрації солей осад Mg (ОН) 2 може зовсім не утворюватися, так як Mg (ОН) 2 розчиняється в надлишку в амонійних солей.

    Розчинник Ступінь розчинності

    Вода Не розчиняється

    Розчини НС1 (1 ... 36%) Не розчиняється

    Розчини Н2БО4 (1.50%) Не розчиняється

    Розчини оцтової кислоти СН3СООН Чи не розчиняється

    Розчини фосфорної кислоти Н3РО4 Чи не розчиняється

    Розчини НПО3 (10.50%) Розчиняється

    Розчини КОН, №ОН Чи не розчиняється

    Розчин аміаку Чи не розчиняється

    При додаванні до досліджуваного розчину відкладень розчину гідроксиду натрію спостерігали осад білого кольору гідроксиду магнію відповідно до формули:

    Mg2 + + 2ОН- ^ Mg (ОН) 2j

    Реакція виявлення сульфат-іона SO4 2-Хлорид барію ВаС12 тримає в облозі з розбавлених розчинів сульфатів білий осад сульфату барію.

    При додають до розчину відкладень розчину хлориду барію спостерігають випадання осаду, що свідчить про виявлення сульфат-іона ЗО4 2- [1]:

    Ва2 + + ЗО42- ^ ВаЗО4 |

    Реакція виявлення карбонат-іона СО3 2-Кислоти (НС1) розкладають всі карбонати з бурхливим виділенням оксиду вуглецю (IV).

    При додаванні до досліджуваного розчину відкладень розчину соляної кислоти спостерігали бурхливе виділення газу.

    СО32- + 2Н + ^ Н2О + СО2 |

    У досліджуваному розчині відкладень були виявлені катіони свинцю РЬ2 +. Їдкі луги №ОН і КОН з розчинів солей свинцю (II) осаджують гідроксид свинцю (II) у вигляді осаду білого кольору.

    У розчині відкладень був виявлений фосфат-іон Р043-. Нітрат срібла AgNОз дає з фосфат-іоном жовтий осад фосфату срібла, що і спостерігали при додаванні розчину нітрату срібла з розчином відкладень.

    Реакція виявлення сульфіт-іона SO3 2- [6] Ляпіс AgNОз виділяє з нейтральних розчинів сульфітів білий кристалічний осад сульфіту срібла. Такий кристалічний осад білого кольору сульфіту срібла спостерігався в наших дослідженнях.

    Крім того, також виявили стандартними аналітичними реакціями наявність аніона кремнію SЮ2 \

    Таким чином, якісний аналіз на катіони дозволив в досліджуваному зразку виділити катіони наступних елементів:

    Са2 +, Си2 +, СГ * РЬ2 +, Cd2 +,] ^ 2 +, Бе *, К +, Na +, Ni2 +, Zn2 +.

    Якісний аналіз аніонів свідчить про присутність у складі відкладень наступних аніонів: карбонат-іон СО32-фосфат-іон РО43-силікат-іон ЗЮ32 сульфат-іон ЗО42-сульфіт-іон ЗО32-

    Результати виявлених катіонів та аніонів наведені в табл. 2.

    Як свідчить фізико-хімічний аналіз, досліджувана речовина (відкладення накипу) являє собою суміш речовин, що мають іонну хімічний зв'язок, що представляє собою важкорозчинні сполуки. Жорсткість води прийнято

    асоціювати з катіонами кальцію (Са2 +) і в меншій мірі магнію (Mg2 +). Насправді, все двовалентні катіони впливають на жорсткість води. Осад і накип (солі жорсткості) утворюються в результаті взаємодії катіонів двовалентних з аніонами [7].

    Таблиця 2

    Виявлені катіони і аніони у відкладеннях

    №№ п / п Катіони Аніони

    1 Калій К + Фосфат РО43-

    2 Магній Mg2 + Сульфат БО4 2-

    3 Кальцій Са2 + Карбонат СО32

    4 Мідь Си2 + Силікат ЗЮ32-

    5 Залізо ре2 +, Сульфит ЕО32-

    6 Цинк Zn2 +

    7 Марганець Мп2 +

    8 Хром Сг3 +

    9 Свинець РЬ2 +

    10 Натрій № +

    11 Кадмій Cd2 +

    12 Нікель №2 +

    Зазначені висновки про фізико-хімічний склад відкладень накипу підтверджуються кольором досліджуваної речовини, агрегатним станом.

    Кількісний хімічний склад відкладень

    враховуючи ту обставину, що відкладення розчинялися лише в розчинах азотної кислоти, метою кількісного аналізу було визначення цементуючого компонента в складі відкладень. Кількісний аналіз хімічного складу відкладень проводився атомно-абсорбційним методом з використанням спектрометра «Квант-2А», модель 04. Сутність атомно-абсорбційного методу полягає в розкладанні проби відкладень розчином азотної кислоти і визначення змісту металів в отриманому розчині методом полум'яної атомноабсорбціонной спектрометрії.

    Результати кількісного аналізу наведені в табл. 3.

    Таблиця 3 хімічний аналіз відкладень

    №№ п / п Показник Рівень показника, мг / кг Похибка вимірювання,%

    1 рН 7,8

    2 Мідь Си2 + 87,0 21,8

    3 Цинк Zn2 + 11,8 2,36

    4 Кадмій Cd2 + 1,3 0,33

    5 Свинець РЬ2 + 72,0 21,6

    6 Хром Сг3 + 16,5 4,95

    7 Нікель №2 + 47,0 11,8

    Таким чином, в результаті дослідження відкладення (осаду) на атомно-абсорбційному спектрометрі «Квант»-2А (модель 04) було встановлено наявність в ньому нерозчинних у воді сполук: карбонат свинцю РЬСО3, сульфат свинцю РЬЗО4 (зміст РЬ2 + становить 72,0 мг / кг відкладень); сульфит міді СіЗО3 (зміст Си2 + в відкладення становить 87,0 мг / кг); силікат цинку 2пЗЮ3 (вміст цинку 2П2 + становить 11,8 мг / кг); карбонат нікелю МСО3 (вміст нікелю М2 + становить 47,0 мг / кг); фосфат хрому Сг3 (РО4) 2 (зміст Сг3 + становить 16,5 мг / кг); карбонат кадмію З ^ О3 (вміст С ^ + складає 1,3 мг / кг).

    Саме ці сполуки сприяють утворенню структури відкладень, нерозчинної у воді.

    Поява важких металів у відкладеннях, очевидно, пов'язано з якісною характеристикою технічної води і умовами виробництва. Отже, необхідно в майбутньому фізико-хімічний аналіз води здійснювати і за виявленими у відкладеннях металів [4].

    Пропоновані методи очищення

    В даний час для відновлення ефективності (ККД) теплообмінного обладнання в промисловості застосовуються такі способи очищення:

    - механічне чищення теплообмінних поверхонь обладнання від накипу застосовуючи різні інструменти і пристосування;

    - відмивання від накипу розчинами кислот, лугів;

    - випалювання коксових відкладень всередині трубних пучків печей нагріву нафти і нафтопродуктів;

    - повна заміна трубного пучка теплообмінного обладнання;

    - відмивання від накипу розчином композиції

    ККФ.

    1. Найпоширенішим способом є механічне чищення від відкладень внутрішніх поверхонь теплообмінних трубок висвердлюванням. Іноді використовується механічна очистка меж-трубного простору невеликих розбірних теплообмінників.

    Переваги цього способу в тому, що він доступний для невеликих ремонтних груп, реалізується без вантажопідйомних механізмів.

    Недоліки полягають в тому, що повне очищення не досягається, дуже часто механічно пошкоджуються теплообмінні труби і доводиться їх заглушити, тим самим скорочуючи площі теплообмінних поверхонь. Цей спосіб переважно застосовується для очищення водо-водяних теплообмінників.

    2. Для очищення від накипу міжтрубному простору розбірних теплообмінників і трубного простору всіх типів і габаритів теплообмінників застосовується спосіб відмивання тонким струменем води високого тиску (близько 200 ати.).

    Переваги цього способу в тому, що вдається в значній мірі очистити трубне і міжтрубний простір розбірних теплообмінників.

    Недоліки способу:

    - висока вартість відмивати апарату робить його недоступним для багатьох малих і середніх підприємств;

    - повне очищення теплообмінників не досягається;

    - неможливість очищення нерозбірних теплообмінників і теплообмінних сорочок реакторів, компресорів, гумозмішувачах тощо.

    3. При екстреній необхідності застосовується спосіб очищення теплообмінного обладнання від накипу відмиванням розчинами кислот, лугів.

    Переваги цього способу в тому, що вдається повністю видалити всю накип з малими витратами фізичної праці.

    недоліки:

    - необхідна наявність циркуляційної установки з хімічно стійкого матеріалу;

    - наявність реагентів;

    - підвищені вимоги до техніки безпеки при проведенні робіт у зв'язку із застосуванням кислот і лугів;

    - після відмивання істотно скорочуються терміни експлуатації обладнання внаслідок того, що метал обладнання зазнає значної корозії під час відмивання. Після завершення відмивання залишки кислот не вдається видалити з відмиваються поверхонь, тому швидкість корозії металу збільшується і через рік, другий доводиться замінити це обладнання.

    4. У нафтохімічних виробництвах існує проблема очищення теплообмінних поверхонь обладнання від смолистих і коксообразних відкладень, утворених від нафти і нафтопродуктів. Такі відкладення або вичищають механічним способом, або випалюють в полум'я горючого газу. Іноді смолисті відкладення вдається відмивати органічними розчинниками.

    5. В даний час найбільш прогресивним і ресурсозберігаючих способом є очищення теплообмінних поверхонь обладнання від накипних утворень відмиванням розчином композиції ККФ. Застосування її дозволяє повністю очистити теплообмінні поверхні від накипу. При цьому на очищеній поверхні утворюється міцний тонкий шар інгібітору корозії, який призводить до багаторазового зниження швидкості корозії в обладнанні.

    Очищення від накипу охолоджуючих поверхонь теплообмінників і реакторів, так само підготовка води оборотних систем водопостачання для них з дозуванням композиції ККФ в даний час є єдиними незамінними ресурсо- і енергоефективними технологіями тому, що крім очищення теплообмінних поверхонь обладнання від накипу ККФ запобігає нове їх освіту і на теплообмінних поверхнях металів утворює тонкий щільний шар інгібітору корозії.

    6. В даний час в водопідготовки використовуються різними споживачами 1-гідро-ксіоксіетіліден-1.1-дифосфонових кислота, скорочено ОЕДФК, і її комплексні сполуки. напри-

    заходів, ТОВ «Екоенергія» м Ростов-на-Дону широко рекламує і застосовує цинковий комплекс ОЕДФ -Ш ^ пОЕДФ. Однак останні відомості від споживачів (МУП «Енергія» м Нововоронезької) показують, що застосування цього комплексу не знижує а збільшує швидкість корозії в обладнанні теплових мереж, хоча запобігає утворенню накипу [5].

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Алексєєв В.М. Якісний аналіз. М .: Гос. науково-технічні. вид-во хім. літ-ри, 1953. 478 с.

    2. Ленський В.А. Водопостачання і каналізація. Вид. 4 перераб. і дополн. М .: «Вища школа», 1969. 436 с.

    3. Ліфщіц О.В. Довідник з водопідготовки котельних установок. М .: Енергія, 1976. 288 с.

    4. СО 34.37.306-2001 (РД 153-34.1-37.306-2001). Методичні вказівки по контролю стану основно-

    го обладнання теплових електричних станцій. Визначення кількості та хімічного складу відкладень.

    5. Присяжнюк В.А. Фізико-хімічні основи запобігання кристалізації солей на теплообмінних поверхнях // Сантехніка, опалення, кондиціонування. 2003 № 10. С. 26-30.

    6. Полеес М.Е., Душечкина І.М. Аналітична хімія. М .: Медицина, 1987. 400 с.

    7. Рет Д. Теорія накипу або практика магнетизму, журнал // Світ новосела. 2002 г. №1. С. 92-98.

    8. Будівельні Норми і Правила 2.04.02-84 «Водопостачання. Зовнішні мережі та споруди ».

    9. Будівельні Норми і Правила 2.04.07-86 «Теплові мережі. Схеми теплових мереж, системи теплопостачання ».

    10. Фрог Б.М., Левченко О.П. Водопідготовка. М .: Видавництво МДУ, 1996. 680 с.


    Ключові слова: відкладення теплового обладнання / якісний склад відкладення / кількісний склад відкладення / способи очищення / heat equipment precipitation / the qualitative composition of precipitation / the quantitative composition of precipitation / the nays of purifying

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити