Передовые концепции очистки охлаждающей воды (Часть 2)

В этом разделе рассматривается общая химия технологий замены фосфатов, которые доказали свою эффективность во многих сферах применения.

Примечание редактора: это первая книга из серии, состоящей из нескольких частей, написанной Брэдом Бьюкером, президентом компании Buecker & Associates, LLC.

Прочтите Часть 1 здесь.

В первой части этой серии был представлен обзор наиболее известных программ очистки охлаждающей воды от накипи и ингибиторов коррозии с середины прошлого века. Обработка эволюционировала от очень эффективной, но в конечном итоге опасной химии кислот/хроматов к обработке фосфатами/фосфонатами/цинком, в которой использовались «контролируемые» реакции осаждения и слабощелочной pH для снижения потенциала коррозии и образования отложений в охлаждающей воде. Последние программы могут быть сложными в управлении, иногда существует тонкая грань между условиями коррозии и образования накипи. Фотография двухходового теплообменника ниже представляет собой яркий пример.

На входном конце (нижние трубки этого теплообменника) была заметна коррозия. На более теплой стороне выхода (верхняя половина) осаждение было проблематичным, что хорошо видно. Программа фосфатов/фосфонатов не оказалась особенно эффективной в борьбе с коррозией или образованием отложений в зависимости от местоположения и температуры внутри теплообменника.

В этом выпуске мы рассмотрим общую химию технологий замены фосфатов, которые доказали свою эффективность во многих приложениях; с меньшей неопределенностью, чем обработка фосфатами/фосфонатами, и с меньшим воздействием на окружающую среду химического состава сбросов.

Как читатель помнит из первой части, с точки зрения контроля коррозии фосфатно-фосфонатные программы во многом полагаются на осаждение продуктов реакции для ингибирования анодных и катодных реакций. Ниже показана обычная коррозионная камера в газированной воде.

Хотя кислородная коррозия углеродистой стали, вероятно, является наиболее распространенным механизмом, возможны и многие другие механизмы коррозии. Ограниченность объема не позволяет подробно обсудить большинство из этих механизмов в этой статье, но я надеюсь обрисовать некоторые из наиболее важных в будущей статье по энергетике. Продолжаем основную тему; использование осаждающей химии для деполяризации анодных и катодных реакций часто может быть очень сложной задачей, поскольку переменные условия могут привести к другим проблемам, таким как образование накипи, показанное на рисунке 1. Соответственно, появились современные программы по созданию прямой защитной пленки на металлических поверхностях. Важными особенностями органических молекул во многих составах являются активные центры, которые непосредственно прикрепляются к металлическим поверхностям, а гидрофобная органическая цепь простирается наружу.

Одно соединение, с которым знаком автор, носит общее химическое название реактивного полигидрокси-ингибитора крахмала (RPSI), (1) где активные кислородсодержащие группы молекул прикрепляются к поверхности металла, а органическая часть защищает металл. Эта химия и подобные технологии значительно выросли в популярности и использовании за последнее десятилетие или около того, и в настоящее время их применяют несколько тысяч или более. Результаты показывают, что правильное применение химикатов, не требующих высоких концентраций, часто может снизить скорость коррозии углеродистой стали до уровня менее 1 мил в год (м/год, где мил равен 0,001 дюйма). Это вполне соответствует прогнозируемому сроку службы типичных компонентов из углеродистой стали.

Данные из ссылки 1 также указывают на хорошую защиту от коррозии металлов из нержавеющей стали серии 300 от хлоридной точечной коррозии и растрескивания, что поднимает тему, которую автор планировал затронуть. В течение нескольких лет я активно участвовал в рассмотрении технических требований к очистке воды для новых электростанций комбинированного цикла. Во многих случаях проектно-конструкторская фирма выбирала нержавеющую сталь 304 или 316 для труб парового поверхностного конденсатора, по-видимому, не задумываясь о химическом составе охлаждающей воды и потенциальных проблемах, связанных с примесями.

Основным примером является то, что нержавеющие стали образуют оксидный слой, который защищает основной металл, но хлорид в достаточных концентрациях проникает в оксидный слой и вызывает питтинг. В течение многих лет рекомендуемые максимальные пределы содержания хлоридов для этих сталей варьировались от 500 частей на миллион для нержавеющей стали 304 до 3000 частей на миллион для нержавеющей стали 316L (L означает низкоуглеродистое содержание) при температуре окружающей среды. Впоследствии исследования показали, что эти пределы были слишком высокими, и один известный эксперт по материалам предлагает 100 и 400 частей на миллион соответственно для чистых трубок. (2) Отложения увеличивают потенциал коррозии. В некоторых подпиточных водах уровень хлоридов превышает эти нормативы еще до того, как они попадают в градирню. (3) Питтинг – это коварный механизм коррозии, который, как известно, приводит к выходу из строя материалов, срок службы которых должен составлять десятилетия, в течение месяцев, а иногда даже недель. Еще одним элементом, который может вызвать серьезную коррозию нержавеющей стали, является марганец. Мы рассмотрим этот вопрос в следующей статье.