Отправить вопрос +7 (495) 966-08-09

Ваш город: Москва

x
  • Москва
  • Казань
  • Красноярск
  • Владивосток
  • Владимир
  • Калуга
  • Кемерово
  • Санкт-Петербург
  • Новосибирск
  • Омск
  • Пермь
  • Саратов

21.01.2009

Снижение коррозионной активности воды и скорости осадко- и накипеобразования как факторы эффективности и надежности работы оборудования

Версия для печати:PDFЗагрузить

к.т.н., акад. МАХ, Галкин М.Л.

Выбор марочного ассортимента сталей при конструировании и производстве изделий на машиностроительных предприятиях обусловлен, в определенной мере, их коррозионной стойкостью при хранении и эксплуатации. Проблема коррозии столь серьезна, что в ряде случаев конструкторы вынуждены отказаться от использования дешевых и механически более прочных черных сталей и применять в конструкциях нержавеющие стали или предусматривать нанесение на поверхность изделия коррозионностойких покрытий. Это, в свою очередь, может приводить к снижению эффективности работы оборудования, например, теплообменного, а также к значительному удорожанию как исходных материалов, так процесса переработки этих материалов. Возможность использования черных сталей в оборудовании расширяется при применении ингибиторов коррозии, которые вводятся непосредственно в вызывающую коррозию среду, например, в воду, снижая ее агрессивность (в водооборотных системах, при гидравлических испытаниях, в охлаждающих жидкостях и т.д.) или наносятся на поверхность металла (при хранении, транспортировке заготовок и изделий и т.д.). Однако, большинство известных ингибиторов коррозии защищают металлы либо только в воде, либо только во влажной атмосфере. Поэтому проблемы коррозии резко обостряются в ситуациях, когда вода лишь частично покрывает поверхность металла, например, при эксплуатации емкостного оборудования и ванн, частично заполненных водой; при проведении операций по очистке металлической поверхности; при выпадении росы на поверхность изделия, при хранении и транспортировке и т.д.

Кроме того, широко используемые ингибиторы коррозии часто содержат в своем составе хром, цинк, амины и др. токсичные и экологически опасные вещества. Использование нетоксичных ингибирующих компонентов, в частности фосфатов, силикатов и карбонатов, осложняется малой растворимостью многих их солей, что приводит к образованию отложений и накипи на поверхности защищаемых изделий. В случае теплообменного оборудования образующиеся накипно-коррозионные отложения сужают проходное сечение каналов охлаждения, что приводит к снижению скорости течения хладоносителя и, следовательно, к ухудшению теплообмена. Так, простые расчеты показывают, что образование на поверхности канала охлаждения слоя отложений толщиной, равной 10 % от диаметра канала, приводит к снижению скорости течения воды (при прочих равных условиях) на 36 %.

Предотвращение образования накипно-коррозионных отложений, а также эффективное устранение уже образовавшихся отложений способствует стабилизации и интенсификации теплообмена, т.е. повышению производительности. Нами были рассчитаны [1] значения коэффициента теплопередачи К для двух наиболее распространенных марок сталей - углеродистой качественной конструкционной стали марки Ст30 («черная» сталь) и высококачественной стали марки Ст30 ХН3А (нержавеющая сталь) при наличии и отсутствии накипно-коррозионных отложений. Исходные параметры для расчета приведены в таблице 1, а результаты расчёта в таблице 2. Полученные данные наглядно свидетельствуют о решающем влиянии слоя накипно-коррозионных отложений на значение К и, следовательно, на интенсивность теплообмена. Следует заметить также, что значительная шероховатость поверхности каналов охлаждения с накипно-коррозионным слоем способна при определенных условиях вызывать изменение режима течения воды в пограничном слое с ламинарного на турбулентный и существенно повысить тем самым гидравлическое сопротивление в системе охлаждения, снизив при этом эффективность теплообмена. Поэтому столь важно применение в составе воды ингибиторов коррозии и отложения солей. Кроме того, применение ингибиторов дает возможность использовать для изготовления деталей оборудования более теплопроводные и к тому же более дешевые марки сталей, что дает немалый дополнительный технико-экономический эффект [2].

Для уменьшения коррозионной активности воды и снижения скорости осадко- и накипеобразования специалистами ООО "Спектропласт" разработаны комплексные добавки – концентраты ингибиторов коррозии и отложения солей СП-В, которые позволяют в десятки раз уменьшить коррозионную активность воды и ее склонность к выпадению осадков, причем одновременно уменьшается коррозионная агрессивность паров воды.

В таблице 3 показаны результаты коррозионных испытаний в сопоставимых условиях образцов стальных труб при различных температурах, погруженных в водную среду, содержащую и не содержащую ингибиторы коррозии СП-В-10-0. Использование последних позволяет более чем в 50 раз снизить скорость коррозии, а также более, чем на порядок замедлить отложение солей.

Таким образом, применение ингибиторов коррозии марки СП-В при эксплуатации металлических изделий в погруженном и полупогруженном состоянии, опрессовке оборудования в процессе пусконаладки и при испытании изделий гидростатическим давлением, промывочных операциях в ваннах гальванических производств, термостатировании технологических процессов (в т.ч. реакторов, технологических емкостей, трубопроводов и т.д.) способствует:

- уменьшению себестоимости деталей за счет обоснованного применения более дешевых марок сталей (например, углеродистых взамен нержавеющих) и меньшей трудоемкости изготовления деталей;

- сокращению времени обслуживания оборудования, включая время на консервацию и расконсервацию;

- увеличению срока службы оборудования (ориентировочно на 20-30%);

- снижению частоты ремонтов узлов оборудования;

- увеличению срока службы и надежности системы термостатирования, в т.ч. благодаря уникальной способности защищать металл в каналах охлаждения при отключении их от поступления воды, без просушки и консервации в течение длительного (более года) времени;

- улучшению размерной точности изделий и других показателей качества;

- повышению стабильности и интенсивности теплообмена;

- сокращению цикла охлаждения;

- расширению вариантов рационального размещения и конструктивного исполнения каналов охлаждения в оборудовании. Защите труб от коррозии.

Концентрат ингибиторов коррозии и отложения солей марки СП-В вводится в воду в количестве от 0,5 до 7% в зависимости от качества воды и марок сталей, температуры и длительности эксплуатации.

При применении СП-В для защиты от коррозии металлического оборудования (изделий и заготовок из черных сталей) используется его 3%-ный водный раствор, при этом затраты на 1 м2 консервируемой металлической поверхности составляют менее 12 рублей.

Концентраты СП-В изготавливаются по ТУ 2415-006-11490846-04, являются нетоксичными и экологически безопасными и имеют санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.01.12.241.П.12016.05.4 от 31.05.04, разрешающее их применение в пищевых производствах и в жилых домах.

Таблица 1. Исходные данные для расчета и рассчитанные значения термических сопротивлений стенки матрицы, изготовленной из разных материалов, и слоя отложений различного состава на поверхности термостатирующих каналов формы

Объект

Материал матрицы или основной компонент отложений

Исходные данные

Термич. сопроти-вление R,

м2 · К/Вт

Теплопроводность l, Вт/(м·К)

Толщина d, м

Матрица

Сталь 30

75,5

6·10-3

0,79·10-4

Сталь 30 ХНЗА

33,7

6·10-3

1,78·10-4

Отложения

CaCO3

2,4

1·10-3

4,17·10-4

Fe2O3

1,3

1·10-3

7,69·10-4

Fe(OH)2

1,2

1·10-3

8,33·10-4

Таблица 2. Коэффициент теплопередачи К сквозь двухслойную стенку матрицы литьевой формы и слоя отложений в сравнении с вариантом отсутствия отложений

Материал

матрицы

Наличие отложений

К,

Вт/м2 · К

Сталь 30

Нет

12 580

Да

1 096

Сталь 30 ХНЗА

Нет

5 620

Да

990

Таблица 3. Скорости коррозии в воде некоторых металлов и отложения солей жесткости. (Результаты сравнительных испытаний)

Материал

образца

Скорость коррозии, мм/год; при температуре испытания:

Т = 20°С

Т = 70°С

без ингибиторов

с ингибиторами СП-В

без ингибиторов

с ингибиторами СП-В

Сталь Ст20

0.5

0.01

1.0

0.02

Ржавая сталь Ст20

1.1

0.02

2.8

0.03

Сталь/Медь

0.8

0.01

1.2

0.01

Замедление отложения солей, отн. ед. (разы), по ТУ 2415-006-11490846-04 п.5.5

Сталь Ст20

1

12

1

5

Примечание. Жесткость воды – около 10 моль/м3; содержание концентратов ингибиторов – 5 % масс.

Литература

1. Генель Л.С., Галкин М.Л., Корнеева Т. М., Брагинский В. А. Ингибиторы коррозии и отложения солей в системах охлаждения литьевых форм//Полимерные материалы. – 2006, №4. - с. 34-39.

2. Басов Н.И., Брагинский В.А., Казанков Ю.В. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов. – М.: Химия, 1991. – 352 с.