Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Коррозией называют самопроизвольное разрушение металлов вследствие физико-химического взаимодействия их с окружающей средой. В практике во­доснабжения под материалами подразумеваются простые металлы, а также оборудование и изделия, которые изготовлены из этих металлов; средой, в ко­торой происходит коррозия металлов, является вода. Следовательно, процес­сы коррозии связаны с характерными особенностями воды и металла. Однако коррозию следует отличать от эррозии — поверхностного механического раз­рушения металлов.

Характер и причины коррозии теплообменных аппаратов, трубопрово­дов и сооружений. Известно, что коррозионный процесс протекает на грани­це двух фаз: металл — окружающая среда, т. е. является гетерогенным (нео­днородным) процессом взаимодействия жидкой или газообразной среды (или их окислительных компонентов) с металлом. Причины и характеры коррози­онных процессов весьма разнообразны: атмосферная и почвенная электрохи­мическая коррозия: электрохимическая коррозия при контакте металлов с раз­ными значениями электрохимического потенциала; химическая коррозия о жидких (высокосермистыс нефти) и газовых средах; электрокоррозия объек­тов, связанных с электроустановками большой мощности; электрохимическая коррозия в растворах кислот, щелочей, мицеллярных растворов; биокоррозия в присутствии продуктов жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бак­терий.

В практике водоснабжения распространена электрохимическая коррозия, про­исходящая в присутствии электролитически проводящей среды, при которой ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента кор­розионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электро­дного потенциала металла.

В практике водоснабжения наблюдается и электрокоррозия, или коррозия под действием так называемых блуждающих токов.

По условиям протекания коррозия в системах водоснабжения представляет в основном электрохимический окислительно-восстановительный процесс, возможность протекания которого определяется изменением свободной энер-

гии системы. Анодный процесс связан с переходом ионов металла в раствор; при катодном процессе происходит ассимиляция электронов содержащимся в растворе деполяризатором (растворенный кислород — кислородная де­поляризация, ионы водорода — водородная деполяризация). На одном и том же участке металлической поверхности могут происходить одновременно ано­дный и катодный процессы.

Нередким случаем в системах оборотного водоснабжения является биологи­ческая коррозия при участии продуктов, выделяемых микроорганизмами био­логических обрастастаний.

В отдельных случаях происходит коррозия при трении (коррозионная эро­зия) разрушение металла, вызываемое одновременным воздействием кор­розионной среды и трением (например, разрушение шейки валков прокатных станков, охлазвдаемых морской водой).

По характеру коррозионного разрушения различают следующие виды кор­розии:

• сплошная или общая коррозия, охватывающая всю поверхность металла, находящуюся под воздействием данной коррозионной среды (воды). Сплош­ная коррозия бывает равномерной и неравномерной. Равномерная коррозия протекает примерно с одинаковой скоростью по всей поверхности металла, неравномерная с неодинаковой скоростью на различных участках поверх­ности металла (что чаще наблюдается при использовании для водоснабжения морской воды);

• местная коррозия охватывает лишь некоторые участки в виде отдельных пятен и язв или отдельных точек диаметром 0,1-2 мм (что чаще наблюдается на хромоникелевой нержавеющей стали). Местная коррозия может быть так­же сквозной и подповерхностной.

Сущность электрохимической коррозии состоит в следующем. Если два раз­ных металла поместить в электролит; то создается гальванический элемент. При этом один металл будет анодом, а другой катодом. Анод будет посылать свои атомы в раствор, и разрушаться, а на катоде будут выделяться атомы вы­тесняемого из раствора элемента.

То же будет происходить, если поместить железо в воду. Вода является элек­тролитом, анодом же и катодом будет само железо; вернее," на железе одни участки станут анодом, а другие катодом. Объясняется это тем, что в практике не существует однородных металлов. Некоторая разница в структуре отдель­ных участков металла, в закалке, наличии окалины, царапины, вмятины и т. д. приведут к тому; что часть одного н того же материала (например, трубы) ста­нет анодной, а другая — катодной и образуется гальванический элемент. В большинстве случаев это микроэлементы.

Скорость коррозии пропорциональна силе тока, проходящего между двумя металлами (точнее, двумя участками одного и того же металла), которая по закону Ома равна:

(3.2))

где Е — разность потенциалов катода Еу и анода RA — внутреннее сопро­тивление, т. е. сопротивление жидкой фазы (воды); R,.— внешнее сопротивле­ние, т. е. сопротивление металла.

Посылая свои атомы в воду, железо вытесняет из нее водород, который вы­деляется на катоде, образуя, окисную плеику. Эта пленка тормозит реакцию и могла бы ее вовсе прекратить, если бы не ряд обстоятельств, которые обычно этому мешают. Наличие окисной пленки на металле сдвигает его потенциал в положительную сторону, следовательно, металл, покрытый окисной пленкой, будет мало разъедаться, пока эта пленка сохраняется, и тем меньше, чем окис­ная пленка плотнее.

При электрохимической коррозии стали внутреннее сопротивление R4 зна­чительно больше внешнего RB, и от его величины в большой мере зависит сила тока, а, следовательно, и скорость коррозии. Внутреннее сопротивление, т. е. сопротивление жидкой фазы, имеет наибольшее значение, когда ею явля­ется чистая вода. В чистой и с малым содержанием растворенных солей воде электрохимическая коррозия идет очень медленно, но если вода содержит хотя бы незначительное количество растворенных солеи и газов (как С02, S02), ее электропроводность сильно повышается (т. е. уменьшается величина R4), со­ответственно возрастает сила тока и коррозия металла в этой воде. В морской воде, имеющей высокую электропроводность, металлы больше подвергаются коррозии. Электропроводность морской воды повышается вследствие содер­жания в воде магниевых солей:

(3.22)

Mg2+ + 2СГ + 2НгО = Mg(OH)2 + 2Н+ + 2СГ.

При коррозии металлов в воде выделение водорода обычно не происходит: у менее активных участков металла ионы водорода присоединяют электроны и Одновременно соединяются с кислородом, растворенным в воде:

(3.23)

4Н1 + 4е + 02 = 2Н20.

Кислород сильно увеличивает коррозию металлов в воде. Особенно его при­сутствие опасно в воде систем оборотного водоснабжения.

Изменение разности потенциалов Ек-Ес называется поляризацией коррози­онного элемента: смещение потенциала анода в положительную сторону при

прохождении анодного тока — анодная поляризация; смещение потенциала катода в отрицательную сторону при прохождении катодного тока — катодная поляризация.

Вещества, препятствующие процессу поляризации, называются деполяри­заторами.

Сущность явления поляризации сводится к тому, что электроны перемеща­ются быстрее, чем протекают электродные реакции. Физически это можно представить так, что при своем движении в раствор атомы металла захватывают положительно заряженные ионы, на металле остаются отрицательно заряжен­ные ионы. Поэтому между металлом и растворам возникает электростатичес­кая сила, препятствующая коррозии. С течением времени раствор все более и более насыщается положительно заряженными ионами, электростатическая сила возрастает, коррозия замедляется и, наконец, прекращается. Наступает так называемая поляризация. Обычно поляризация тормозит работу локаль­ного элемента и уменьшает скорость электрохимической коррозии.

акторы, влияющие на скорость электрохимической коррозии стали. Су­ществует ряд факторов, ускоряющих или замедляющих коррозию металли­ческих труб и аппаратов.

Влияние величины pH общеизвестно: считается, что с увеличением pH сре­ды, при прочих равных условиях, коррозия уменьшается, и, наоборот — с по­нижением pH иона увеличивается. Значение pH минимальной коррозии будет характерной величиной для каждого металла:

Мешш…………… AI……….. Pb Sn Zn Fe

РН………………………….. 6,5……………… 8 8,5 11,5 14

В зоне нейтральных значений pH (от 4 до 9) коррозия стали почти не зависит от ее величины, так как растворимость и скорость диффузии кислорода суще­ственно изменяются с изменением величины pH. Снижение скорости корро­зии стали при дальнейшем увеличении pH (от 10 до 14) объясняется главным образом уменьшением растворимости продуктов коррозии в щелочах (обра­зование гидратов).

Практически отмечается, что коррозия происходит и при pH = 7ч-7,2 с рых­лыми отложениями. При pH > 7,5 продукты коррозии становятся прочными, защищающими металл от разрушения.

Влияние температуры на скорость коррозии стали не одинаковое. В закры­той системе оборотного водоснабжения с увеличением температуры воды коррозия увеличивается. Это объясняется торможением свободного выделения кислорода из воды. Кривые, характеризующие зависимость коррозии от тем­пературы, близки к прямой линии (рис. 3.9, кривая I).

В открытой системе оборотного водоснабжения при температуре воды выше 70-80 °С (кривая 2) происходит снижение коррозии вследствие сильного умень­шения растворимости кислорода с повышением темпераіурьі.

Растворимость кислорода в воде изменяется в зависимости от ее температу­ры для одного и того же парциального давления: при О °С содержание О в воде равно 20 см3/л (14,16 мг/дм3), при 20 °С —

около 6 см3/л (8,84 мг/дм ); при 40 °С — около 4,2 см3/л (6,59 мг/дм3); при

60 °С— около 3,15 см3/дм3; при 80 °С — около 2,2 см3/дм3; при 100 °С — 0.

Кислород в отношении коррозии играет двоякую роль: он может быть и уси­лителем и замедлителем. Коррозия увеличивается почти пропорционально изменению содержания кислорода в воде. При этом реакции протекают, на­пример, согласно следующим уравнениям: анодный процесс

Fe -> Fe2+ 2е“, (3.24)

катодный процесс

•^02 + 2е~ + Н20 -» 2(ОН“ ). (3.25)

Кислород необходим для образования защитных пленок. Он в состоянии раз­рушать водородную пленку на катоде и образует в воде ионы ОН~. Эти ионы являются положительным электродом, который влечет к себе положительные заряды из металла. Указанная выше реакция называется процессом с кисло­родной деполяризацией.

Ск, мн/год

Однако в естественных водах (щелочных и нейтральных) кислород оказыва­ет влияние на плотность образующейся защитной пленки: при малом содер­жании кислорода пленка получается рыхлой, плохо пристающей; при боль­шой концентрации кислорода пленка получается плотной, хорошо пристаю­щей, благодаря чему коррозия может прекратиться или замедлиться. По опы­там многих авторов при pH = 6-^8 и росте количества кислорода в воде до 14

Рис. 3.9. Зависимость скорости коррозии (С., мм/ Г0Д) Стали в воде о г температуры °С: / ■—закры­тая система; 2 — открытая система

]

этим препятствует образованию защитной пленки. ^ ко-педаых

Хлориды являются ускорителями коррозии по двум причинам. ^ BVUial0. вследствие увеличения кислотности воды; во-вторых, вследствие разр Щего действия, оказываемого хлорид-ионом на защитную пленку.

Сульфаты влияют на коррозию металла при карбонатной жесткості 2 мг-экв/дм3 незначительно, но оказывают агрессивное воздействие на При содержании сульфатов до 300 мг/л вода считается слабоагрессквда,^ 600 мг/дм1) —■ средней агрессивности и свыше 600 мг/дм сильно агре

ной, а более 1200-1500 мг/дм3 очень сильно агрессивной. еталла

Нитраты уже при небольших концентрациях вызывают окисление м ^ что способствует образованию на железе защитной пленки — С точки зре коррозии содержание нитратов до 20 мг/дм не опасно.

Кислоты ускоряют процесс коррозии, так как являются деполяризаторал Сероводород усиливает коррозию. Он в состоянии вызывать коррозию држе отсутствие кислорода, образуя элементарную серу и сульфид железа, ко горы будут катодом в отношении основного металла. В присутствии кислорода се

СО* мг/л 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 С„ гД. м5-ч) ^*tc. 3.10. Зависимость скорости коррозии углеродистой стали or концентрации свободной углекис­лоты в воде 0

роводород образует сернистую и серную кислоты, которые являются деполя­ризаторами.

Увеличение скорости движения воды ускоряет коррозию поверхности омы­ваемого металла. При отсутствии движения воды коррозионный процесс про­исходит между поверхностью металла и прилежащими слоями воды, поэтому быстро наступает поляризация. При движении в реакцию вовлекаются новые слои воды, увеличивается приток кислорода и коррозия усиливается.

Осадки независимо от их природы способствуют быстрому развитию ло­кальной коррозии. Образовавшиеся из механических примесей, карбонатных или других, отложения вызывают местный перегрев металла и быстрое его разрушение.

Биологические обрастания всегда связаны с осаждением механических при­месей, поэтому они также вызывают локальные коррозионные элементы и сти­мулируют развитие точечной (пиггинговой) коррозии. В отдельных случаях могут развиваться сульфатвосстанавливаюіцие бактерии, вырабатывающие H2S, которыми вызывается также точечная коррозия. В отдельных случаях могут развиваться железобактерии (при содержании в воде железа не менее 0,2 мг/ дм ), которые переводят закисное железо Fe(OH)2 в окисное Fe(OH)3.

Степень коррозионной стойкости материала принято характеризовать ско­ростью коррозии его при действии агрессивной среды (воды). Коррозионная стойкость металлов при равномерной коррозии и стационарном процессе оп­ределяется скоростью коррозии в г/м2-ч или мм/год. Коррозионная стойкость неметаллических материалов оценивается качественно по изменению прочнос­ти, проницаемости и других свойств материалов.

Оценку степени агрессивного воздействия среды (воды) на незащищенные металлы и неметаллические материалы следует производить по данным ис­пытаний их образцов и показателям, приведенным в табл.3.18 и 3.19.

Испытания образцов материала проводятся в лабораторных или натурных условиях, с экспозицией в воде не менее 800 ч.

Отметим, что в настоящее время имеется значительное количество компакт­ных приборов, которые практически мгновенно определяют степень агрессив­ности воды (CILIA, Япония и др.). Ими следует пользоваться.

Методы защиты металла от коррозии. При проектировании систем обо­ротного водоснабжения с вынужденным применением агрессивной (по отно­шению к металлу и бетону) воды следует, прежде всего, выбирать стойкие материалы для оборудования, трубопроводов и сооружений, предусматривать их защиту покрытиями или соответствующую обработку воды. Обеспечение коррозионной стойкости производственных аппаратов и другого оборудова­ния должно предусматриваться в технологических проектах производства с учетом степени агрессивности воды.

Таблица 3.18 ДЕСЯТИБАЛЛЬНАЯ ШКАЛА КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ МЕТАЛЛОВ В ВОДЕ Группа стойкости металла вводе Скорость коррозии С, г/(м2-ч) Проницаемость коррозии Я, мм/год Балл коррозионной стойкости 1. Совершенно стойкие <0,0009 <0,001 1 И. Весьма стойкие 0,0009-0,0045 0,001-0,005 2 0,0045-0,009 0,005-0,01 3 Ш. Стойкие 0,009-0,045 0,01-0,05 4 0,045-0,09 0,05-0,1 5 IV. Относительно стойкие 0,09-0,45 0,1-0,5 6 0,45-0,9 0,5-1 7 V. Малостойкие 0,9-4,5 1-5 8 4,5-9,1 5-Ю 9 VI. Нестойкие <9,1 >10 10

Табл и ца3.19 ОЦЕНКА СТЕПЕНИ АГРЕССИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОДЫ НА НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ВНЕШНИМ ПРИЗНАКАМ Степень аїрессивного состояния воды Характер коррозионного разрушения незащищенного материала после тодлчноЙ эксплуатации Слабая Слабое шелушение материала (бетой и др.), изменение цвета или вида (древесины, пластиков) Средняя Повреждение углов и граней, волосяные трещины ъ бетоне. Растрескивание и расщепление древесины Сильная Ярко выраженное разрушение материала (сильное растрескивание, выпадение отдельных кусков) со снижением прочности

Защита металла от коррозии может быть осуществлена многими способами. Выбор того или иного из них в каждом отдельном случае должен основывать­ся, прежде всего, на знании причин возникновения коррозии, ее формы и т. д. При этом необходимо согласовать следующие требования: 1) эффективность защиты; 2) сохранение металлом всех требуемых от него механических свойств; 3) зашита должна быть, возможно, более дешевой.

Основными традиционными методами защиты металлов от электро­химической коррозии в системах оборотного водоснабжения являются следу­ющие.

Обработка коррозионной среды, представляющая собой в основном нейтра­лизацию кислых сточных вод (например, в системах оборота промывных вод при травлении металла в кислоте). К этому методу может быть отнесено так же обескислороживание воды, но оно в системах оборотного водоснабжения не применяется.

Обработка воды замедлителями коррозии с образованием защитных окис — ных и других неметаллических пленок неорганическими и органическими:

а) к неорганическим замедлителям коррозии относятся нитрат натрия NaNOr хромат калия К2СЮ, и биохромат калия К, Сг207, силикат натрия Na2SiO,, фос­фаты (гексаметафосфат натрия, триполифосфат натрия и динатрийфосфат), ИОМС и др.

б) к органическим замедлителям коррозии относятся глюкозаты хрома, супь — фогпюкозаты хрома сульфоглюкозаты натрия и др. Защитные покрытия по­верхности металлами, пластиком, лаками, красками, смолами, эмалями, эпок­сидными составами.

Электрохимическая протекторная защита лгешалла. Применение того или иного метода должно основываться на исследованиях как скорости коррозии металла без применения его защиты, так и эффективности защиты.

Применение любого вида защиты осуществляется после проведения необ­ходимых исследований, осуществляемых в лабораторных или натурных (про­мышленных, природных) условиях. Методы исследований давно и хорошо из­вестны.

Наиболее дешевой защитной плеикой является самостоятельно образовав­шаяся так называемая карбонатная пленка, которая состоит преимущественно из окислов железа (50-70 %) и карбоната кальция (10-20 %), остальное — глав­ным образом кремниевая кислота. Такая тонкая пленка, хорошо прилегающая к поверхности металла, хорошо его защищает от коррозии. Однако толщина этой плеики не должна быть больше 0,5 мм во избежание уменьшения тепло­передачи стенки аппарата от охлаждаемого продукта в воде.

Карбонатную пленку регулируемой толщины следует создавать путем выбо­ра соответствующего размера освежения оборотной воды (продувки системы) или обработки добавочной воды известью (известковым молоком) или извес­тью и содой.

Выделение карбонатной пленки на чистую теплообменную поверхность и стенки трубопроводов с образованием плотной защитной пленки может про­исходить при карбонатной жесткости оборотной воды не менее 1,5—2 мг-экв/ дм, наличии в воде Са2+ и содержании СГне более 50 мг/дм, при отсутствии или весьма малом сбросе воды из системы оборотного водоснабжения. При большей карбонатной жесткости воды содержание С1 в ней может быть допу­щено до 100 мг/дм3 и более.

Образуемая карбонатная пленка может и не обеспечивать надежную защиту металла от коррозии, однако ее присутствие сводит к минимуму потребное количество других ингибиторов (замедлителей коррозии).

Ингибиторами, по своей природе бывают ионными или молекулярными со­единениями. Они адсорбируются на поверхности корродирующего металла электрохимически или химически; возможна также адсорбция их вследствие

одновременного действия разных сил. Адсорбируясь на поверхности корро­дирующего металла, замедлители тормозят протекание анодного или катодно­го процесса электрохимической коррозии, или, образуя экранирующую плен­ку, изолируют металл от электролита, или имеют смешанный характер замед­ляющего действия.

К анодным замедлителям электрохимической коррозии металлов относятся кислород, нитриты, хроматы и др., которые, пассивируя металл, затрудняют протекание анодного процесса, т. е. замедляют коррозию.

При недостаточной концентрации анодных замедлителей для наступления полной пассивации металла (особенно в присутствии депассивирующих ионов, например ионов С Г) они являются опасными, так как могут вызвать ускоре­ние общей или местной коррозии, действуя как катодные деполяризаторы.

К катодным замедлителям электрохимической коррозии относятся вещества, превышающие перенапряжение катодного процесса при их адсорбции на ка­тодных участках поверхности корродирующего металла: соли или окислы мышьяка и висмута, желатина и другие органические вещества. При недоста­точной концентрации в воде они не вызывают усиления коррозии.

(3.2 6) (3.27)

К экранирующим замедлителям электрохимической коррозии металлов от­носятся вещества, адсорбирующиеся на металле и образующие хемосорбци — онный слой или чаще защитную пленку нерастворимых продуктов, вза­имодействуя с первичными анодными продуктами коррозии — ионами раство­ряющегося металла (NaOH и Na2C03 образуют гидроокиси черных металлов, фосфаты, полифосфаты и бензоаты — фосфаты и бензоаты железа, Na^SiO, силикаты железа и алюминия) или с первичными катодными продуктами ■ гидроксильными ионами при кислородной деполяризации:

Са (НС03)2 +ОН~= СаС03+ НС0’3 + Н20; ZnS04+ 201-Г = Zn(0%fS0/

К смешанным замедлителям электрохимической коррозии металлов отно­сятся вещества, тормозящие протекание обоих электродных процессов.

Эффект действия замедлителей коррозии металлов принято характеризовать величиной защитного действия

(3.28)

ЗЭ——100%

где С. и С, — скорость коррозии металла без замедлителя и с замедлителем в г/(м2-ч).

Конкретизируя практику использования антикоррозийной защиты, вернем­ся к следующим методам стабилизационной обработки воды при отрицатель­ном значении индекса насыщения J;

• реагентный с применением извести, соды, щелочи;

• фильтрационный с применением мраморной крошки или магномассы;

• удаление агрессивных газов;

• замедлители коррозии.

Сущность методов и уравнения реакций представлены в табл. 3.20.

Реагентную обработку агрессивной воды проводят в два этапа: в начальный период путем введения в воду реагента с расчетной дозой (Дш1) обеспечивают наращивание на внутренних стенках труб защитной карбонатной пленки, при этом создают У, ~ +0,7; после формирования защитной пленки обработка воды с целью сохранения ведется дозами реагента (Д1и2) при условии поддеркания

Л~°-

Расчет требуемой дозы подщелачивающего реагента для каждого конкрет­ного случая производится по табл. 3.21. Коэффициенты /и,, mv m3 определя­ются по i-рафикам рис. 3.11, коэффициен т (3 — рис. 3.12, коэффициенты % и £ — рис. 3.13.

Фильтрационный метод. Скорость фильтрования через магномассу зави­сит от толщины слоя загрузки, температуры и щелочности воды. Для опреде­ления скорости фильтрования удобно воспользоваться графиками (рис. 3.14).

Скорость фильтрования, м/ч, определяемая по графикам на рис. 3.14 может быть откорректирована

1,9 Ы

У^ТТТ’ <3-29>

uwn "rp гр

Таблица 3.20 МЕТОДЫ СТАБИЛИЗАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ____________________________ Методы обработки Уравнения реакции Область применения Сущность Реагеитный с добавлением: — извести; — едкого натрия — соды Фильтрационный с использованием: — мраморной крошки — магномассы* Удаление агрессивных газов Замедлители коррозии * Полуобожжеиный дол СаО + 2С02 + НэО -» Са*НС03)2 NaOH + СОз + НзО 2NaHCOs Na3COj +■ С02 + Н20 -» 2NaHC03 СаСОз + СОэ + НзО -> Са(ЯС03)з 2СО2 + MgO + Н20 Mg(HCOj)2 С02 + СаСОз + НзО Са(НС03> эмит СаСО?. МаО, обожженный магие Сода применяется чаще, как дополнительный реагент к первым двум (реже — самостоятельно) Жк < 2,3-3 мг-экв/дм3; Fe < 0,3 мг/дм3 t > 3 °С и при t < 3 °С не более 5 мес/год, Этотметод применяется в сочетаини с умягчением, обессоливаттием и обезжслезиванием поды Замедлители коррозии применяются индивидуально или в виде комбинации реагентов знтМгО. При добавлении щелочного реагента происходит связывание агрессивной СО2 с образованием бикарбонатов Прн фильтровании воды через загрузку из мраморной крошки или магномассы агрессивная СО2 связывается1 с образованием в большей степени бикарбонатов Mg и в мепътеЙ Са Удаление агрессивных газов происходит за счет их отдувки или взаимодействия с химическими реагентами При добавлении замедлителей коррозии происходит образование защитных пленок, уменьшающих скорость растворения металла

Таблица 3,21 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОЗЫ РЕАГЕДТОВ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ВОДЫ_________________________ Характеристика воды Расчетные формулы для определения требуемой дозы шелочного реагента Условные обозначения / этап обработки: формирование защитной карбонатной пленки Jr. — + 0,7 JiiSOi pH <8,4; pH, <7,7 JL < 0; pH < 8,4; pH, > 7,7 Дш = т (СО-})св 01 ООе/р, мг/дм3 27щ “ [w2(C02)en. o + тз [Що + ^2(062)08.0]} 100с/р, мг/дм3 ті =Л(С07)сВ. о//До, Л); т, =/(С02)сВ. оОД, pH); т3 =АрЮ, где (СОАе. о — концентрация свободной углекислоты, мг/дм, в исходной воде; Щп — шелочиость исходной воды, мг-экв/дм3; р — содержание активного вещества в техническом продукте, %; е — эквивалентный вес шелочи, равный для NaOH — 40 мг/мг-экв Са(ОН); по СаО — 28 мг/мг-экв 2 этап реагентной обработки: сохранение защитной пленки Jt, — 0 JL <0; pH <pHs < 8,4; pfl, <7,7 Jt. < 0; pH < 8,4; pHs > 8,4 Дш =" еЩЫ 00/pt мг/зм3; Дш — е{%+ +■ хфЩоККУр, mi-W J3 =ЛрН, JL): 4 =ХрН,); X — АрИ) Для под, имеющих низкую 7/fr #щ. дап — к{С02)№.Лг + Що], мг/дм3 ЕСЛИ Дщдюп < Дш, ТО У/голь; = Дп. “ Диыоп к — коэффициент, учитывающий резерв бикарбонатной щелочности — 0,7-0,8. Если допустимая доза реагента меньше требуемой, обработку необходимо производить двумя реагентами: известь (едкий натрий) — сода

0,1 0,09 0,08 0,07 о. оа 0,05 QJ04 0,03

0,02

0/)1 0.009 олоз 0.007 сдое 0.005 0.004 одоз

0,002

0дх>1

5.0 S.5 6.0 6,8 по 7,5 6.0 ВА 9.0 W W рН„ pH, Рис. 3.13. График для определения коэффициента с и х при стабилизационной обработке воды подше — лачиванием (при рН0 <8,4 <.pHs)

5 5Д 6 в.5 7 T, S О pH воды Рис. 3.12. График для определения коэф­фициента р при стабилизационной обра­ботке воды подщелачиванием (при рНс<рНл<8%4)

где — — скорость, высота слоя и температура, определяемые по графи­

ку на рис. 3.14; d h, I — эквивалентный диаметр, высота слоя и температура для расчетного случая.

Удаление агрессивных газов. Растворенные газы, такие как кислород, уг­лекислота, сероводород, значительно увеличивают коррозионную активность воды.

Растворенные газы удаляются химическими и физическими методами. Кис­лород удаляется реагентным методом применением сульфита натрия, гидра­зин — гидрата, топочных газов. Кислород связывается железом при фильтра­ции в стальной стружке.

Углекислота нейтрализуется щелочными реагентами применением каусти­ческой соды или извести.

Сероводород извлекается применением окислителей: озон, хлор, перманга­нат калия, перекись водорода.

Физические методы предусматривают аэрацию воды пропусканием в пле­ночных и барботажных дегазаторах либо вакуумирование воды с помощью вакуумных насосов и эжекторов.

Лсл = 2,2 м 1,6 м 1,2м t=lZC 651 1? 65е *2° 65*С

Рис. ЗЛ4. График для определения скорости филирования

Из современных ингибиторов коррозии положительные результаты получе­ны при использовании нефтяниками ингибитора комплексного действия ХПКС — 10 (Когалымский завод химреактавов) в количестве 50 мг/дм3 воды.

Сравнительный анализ применения ингибитора ХПКС-10 и совместного при­менения ингибиторов коррозии ХПК-002 (М)Ф и солеотложения ХПС-001 по результатам лабораторных исследовании показывает, что последний вариант совместного применения ингибиторов предпочтительнее, чем использование ингибитора комплексного действия, т. к. по антикоррозионной защите эффек — тавность в обоих случаях составила 40 %, а по ингибированию отложения солей 75,9 % по сравнению с 60 %. В ТПП «Урашефгегаз» освоено промыш­ленное использование ингибиторов коррозии. Технико-экономические пока­затели применения ингибиторов приведены в табл. 3 22 Защитные покрытия на поверхностях, ко. пакгиру. ощих с водой. Отме­тим. что металлические и полимерные покрытия, и особенно гальванические, достаточно редко используются для защиты металлоизделий, используемых в водохозяйственных комплексах. Для этого используют значительный ассор­тимент красок, лаков, смол, эмалей, эпоксидных и других композиций.

Таблица 3.22 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ Вид ингибитора Предприятие-изготовитель Дозировка, гЛ:3 Эффек і ив — кость. % Стоимость обработки 1 к-’ жид., руС. в 1999 г. в J кв. 2000 г. ХПК-002 ЛУ К-Травис-кемикалс (г. Когалым) 40 78 0,41 0,88 KYV—2068 К —2175 Петролайт Лимитед (Велико­британия) 20 90-95 1,04 1,12

Каждое из применяемых покрытий должно отвечать следующим требовани­ям: создавать барьер проницаемости по отношению к воде, кислороду и агрес­сивным хлор-ионам; тормозить протекание коррозионного процесса; обеспе­чивать длительный срок службы.

Для получения «долговечных» покрытий и экологии основного материала, защищаемую поверхность предварительно тщательно очищают от продуктов коррозии, пленок, загрязнений и др, механическими (песко — и дробеструйная обработка и др.), химическими (травление, декапир, обезжиривание и др.) и комбинированными способами. При необходимости очищенную поверхность грунтуют (например, фосфатированием) для улучшения качества покрытия и сцепления (адгезии) его с поверхностью металлоизделий.

В качестве примера можно привести современные экономичные покрытия для металлоемких и крупногабаритных (магистральные водоводы, металли­ческие емкости и др.) сооружений водохозяйственного назначения на основе лакокрасочных материалов (J1KM), разработанных и внедренных сотрудника­ми Северо-Казахстанского госуниверситета (г. Петропавловск, Республика Казахстан). Лучшие результаты при работе в слабоагрессивной (оборотная вода) среде показали два вида J1KM на основе олифы и битума (растворитель —Уайт-спирит) с наполнителями (пигментами) алюминиевой пудрой или свин­цовым суриком в присутствии диспергирующей и смачивающей добавки ПАВ АС-1 в количестве от 2 до 5 % по массе. Для агрессивных сред (производ­ственные стоки) предложена каучуко-смоляная композиция на основе битум­ных и алкилфенсшформальдегидных пленкообразующих, порошковых орга­нических (каучук) и неорганических (пигмент-ашоминиевая пудра) наполни­телей с добавкой ПАВ АС-1 в тех же количествах. При этом значительно улуч­шаются (на 3-4 балла) показатели антикоррозионной защиты, уменьшается в 2,5 раза водопоглащение покрытий и повышается их солестойкость, сокраща­ется (до 40 %) расход пигментов, в 2 раза улучшается укрывистость, повыша­ется па 40 % твердость и на 30 % — адгезия.

Также следует остановиться на электрохимической защите металлоизделий в системах водного хозяйства. Данный способ зашиты металла от коррозии (называемый также катодным протекторным) основан на том, что в воде, омы­вающей металл, который может подвергаться коррозии, создается электричес­кая пара, в которой защищаемый металл играет роль катода, а другой металли­ческий электрод, помещенный в ту же воду и соединенный с ним электричес­ки, — роль растворяющегося анода. Электрическая пара может образовывать­ся как за счет’ естественной разности потенциалов, так и путем наложения постоянного тока от постороннего источника. В первом случае второй металл должен обладать более низким, чем первый, потенциалом растворения (для защиты железа можно применять цинк и алюминий). Во втором случае для усиления эффекта защиты используется источник постоянного тока, к отрица­тельному полюсу которого присоединяется защищаемый металл (становящийся катодом), к положительному — куски металла (в данном случае это может быть тот же металл), образующие анод.

В заключении следует напомнить, что необходимо наладить контроль за кор­розией и эффектом защиты трех видов: лабораторный, внелабораторный и эк­сплуатационный. Совместная оценка всех трех видов контроля позволяет сде­лать надлежащие выводы и определить необходимые меры.

К сожалению, последние годы практически все работы, связанные с защи­той от коррозии, ведутся совершенно недостаточно.

Биологические обрастания и методы борьбы с ними. В воде открытых водоемов находятся самые различные живые существа (от бактерий до обо­лочников), которые поселяются на любой твердой поверхности, соприкасаю­щейся с водой. Многие из них (зрелые растения, животные или их личинки) проникают в трубопроводы, резервуары, теплообменные аппараты и т. п., где и развиваются. Такие поселения называют обрастаниями, а организмы — био — гентами.

Физические особенности, химический состав и биологические свойства этих организмов бывают самыми разнообразными и во многом зависят от условий среды. Средства борьбы с обрастаниями могуг быть также различными.

В системах оборотного водоснабжения биологические обрастания представ­ляют собой совокупность микроорганизмов, поселившихся и развивающихся на теплообменной поверхности аппаратов в трубопроводах и на конструкци­ях охладителей оборотной воды. Эти обрастания образуются вследствие зано­са микроорганизмов с водой из источника и наличия благоприятных условий для их размножения в системе оборотного водоснабжения: повышение темпе­ратуры до 15-40 °С, присутствие в воде питательных веществ и растворенно­го кислорода.

При температуре свыше 42 °С большинство организмов обрастаний разви­ваться не может.

Основные организмы обрастаний в теплообменных аппаратах (1), градир­нях и брызгальных бассейнах (II) следующие:

Бактерии

Зооглейные — Zooglca ramigera, Zooglea uva и др.. + +

Нитчатые — Sphaerotilus dichotomus……………….. +………………… +

Железобактерии — Leptothrix ochracea,

Crenothrix polispora, Gallionella ferricjimca………… +

Серные — Beggiatoa alba……………………………… +

Водоросли

Диатомовые (Diatomea) — Cyclotella, Melosira,

Navicula, Kitscia и др……………………………………. -………………… +

Зеленые (Chlorophycca) — Cladophora,

Sti-geoclonium, Scenedesmus, Pedlastrum и др…….. -………………… +

Сине-зеленые (Cyanophycea) — Osceillatoria,

Phormidium, Microcystis……………………………….. -………………… +

Простейшие Инфузории (Jnfusoria) — Paramecium cadatum,

Vorticella, Carchesium и др……………………………. +………………… +

Корненожки (Rhizopodia) — Arcella vulgaris,

Difflugia pyriformis……………………………………… +………………… +

Черв и — Nematodes, Oligocheta…………………….. +………………… +

Коловратки — Philodina, Rotaria и др…………….. +………………… +

Грибы…………………………………………………….. +………………… +

Детрит…………………………………………………… +………………… +

Примечание. Знак (1) показывает наличие этих организмов, а (-) — отсутствие.

В закрытых теплообменных аппаратах неогневого нагрева и в трубопрово­дах преобладающими формами биологических обрастаний являются пивным образом зооглейные, а часто (когда вода загрязнена фекалиями) и нитчатые бактерии. Среди них имеются инфузории, а также другие простейшие и чер­ви; обрастания иногда могуг состоять из водных грибков. Попадающие в ох­лажденную воду (через возможные неплотности в аппаратах) с продуктом или со стоками биогенные элементы (ушерод, азот, сера, железо, фосфор и др.) усиливают процесс развития микроорганизмов в теплообменных аппаратах. Например, при более высокой концентрации в веде серы или железа интен­сивнее развиваются серобактерии или железобактерии.

В отдельных случаях в теплообмениых аппаратах наблюдаются поселения мшанки, для которых температура 45-50 °С не оказывает губительного вли­яния. Мшанки служат убежищем для всякого рода симбионтов (сожителей) и очагом для развития бактерий. Иногда встречаются также грибные обрас­тания, состоящие из сплетении ветвящихся нитей (гифов) и образующие ми­целии.

В холодильниках огневого нагрева (например, фурмы доменных печей, кес­соны и пятовые балки мартеновских печей, глисажные трубы нагревательных печей прокатных станов), іде вода кипит непосредственно у стенки холодиль­ника, гидробиологические обрастания отсутствуют.

На градирнях и в брызгальных бассейнах, а также на оросительных холо­дильниках биологические обрастания состоят как из бактерий, — гак и из водо­рослей. Водоросли развиваются на освещенных, омываемых водой поверхно­стях: сине-зеленые и зеленые — в теплое время года; диатомовые — весной и осенью, а иногда и зимой. В составе обрастаний на градирнях и в аппаратах встречаются также инфузории, черви, моллюски и др.

В закрытых теплообменных аппаратах и трубах в составе обрастаний могут быть занесенные водой с градирен водоросли, а также механические мине­ральные примеси (осадок) и гидрат окиси железа. Механические минераль­ные примеси и железо обнаруживаются и в обрастаниях градирен, брызгал ь — ных бассейнов, оросительных холодильников и резервуаров. Если в охлаж­денной оборотной воде содержатся нефтепродукты, то и они прилипают к пос­ледним по мере их образования.

Качественный и количественный состав и интенсивность биологических обрастаний зависят от физических и химических свойств воды, а также усло­вии ее использования.

Для развития микроорганизмов необходимы следующие девять элементов: органогены — углерод С, водород Н, кислород О, азот N, элементы золы — фосфор Р, калий К, сера S, магний Mg, железо Fe. Каждый из этих элементов должен находиться в удобоусвояемом для данного микроорганизма соеди­нении.

Бактерии являются основным компонентом обрастаний. Процесс обрастания начинается с бактериальной пленки, первыми появляются студенистые массы зооппейных бактерий, в последующем — простейшие нитчатые бактерии и др. Вслед за ними в обрастании развиваются инфузории одноклеточные и колони­альные, а на открытых поверхностях — и водоросли, затем черви и др.

Методы борьбы с биологическими обрастаниями обычно предусматривают использование ядовитых для них веществ, не влияющих на здоровье обслу­живающего персонала, безвредных для оборудования и сооружений систем водного хозяйства. В практике достаточно давно для этих целей используют хлор и медный купорос.

Губительно на микроорганизмы действует свободная углекислота, вводимая в воду в дозах 30-50 мг/дм при рекарбонизации ее с целью предотвращения карбонатных отложений.

Хлорирование охлаждающей воды. Охлаждающую воду периодически хло­рируют, при этом интервалы между подачей хлора в воду и продолжительность каждого периода хлорирования зависят от степени загрязненности воды орга-

ническими веществами, микроорганизмами и интенсивности их развития. Ре­жим хлорирования в каждом отдельном случае подбирается опытным путем.

Дозу хлора выбирают таким образом, чтобы в воде, прошедшей через наи­более удаленный от места ввода хлора теплообменный аппарат, концентрация активного хлора в воде в течение 30-40 мин была бы около 1 мг/дм3.

В качестве критерия для определения периодичности хлорирования можно принимать время, в течение которого на омываемых водой стенках труб обра­зуется слой обрастаний толщиной около 0,5 мм. В связи с тем, что во многих случаях измерение слоя обрастаний в трубах и аппаратах затруднительно, ча­сто применяют «ловчие», стеклянные пластинки (индикаторы), устанавливае­мые в потоке воды.

Необходимый расход хлора, кг в сутки, может быть определен по формуле

где Q — расход охлаждающей воды, ч; — дозы хлора, г/м3; t — продолжи­

тельность каждого периода введения, хлора, определяемая в процессе эксплу­атации в минутах (ориентировочно можно принимать t = 40-5-60 мин с тем, чтобы концентрация остаточного хлора в выходящей из теплообменника воде была бы в течение 30 -40 мин около 1 мг/дм3); и — число периодов введения хлора в течение суток.

Вводить хлор в обрабатываемую воду следует с помощью хлораторов. Обработка воды медным купоросом направлена главным образом на борьбу с водорослями, развивающимися на градирнях (водораспределительные лот­ки, ороситель, стойки, каркас, обшивка и резервуар), а также в брызгальных бассейнах и прудах-охладителях оборотной воды. Для устранения развития водорослей в градирнях и брызгальных бассейнах применяют периодическую обработку воды медным купоросом 1-2 мг/дм в пересчете на Си (или 4-8 мг/ дм3 CuS04-5H20). Периодичность обработки зависит от интенсивности разви­тия водорослей, она может колебаться от недели (летом) до месяца (в прохлад­ное время года). Продолжительность подачи раствора медного купороса мо­жет быть в течение одного часа; при этом желательно подавать этот раствор в воду непосредственно перед градирней.

При обрастании градирен и оросительных холодильников колониями бак­терий рекомендуется воду после обработки купоросом обрабатывать в тече­ние 1 ч хлором дозой 7-10 мг/дм непосредственно перед охладителями.

Устройство для растворения и дозирования медного купороса показано на рис. 3.15.

При использовании для целей водоснабжения вод из озер и водохранилищ нередко возникают существенные затруднения из-за обильного развития в них

Рис. 3.15. Устройство для растворения и дозирования медного купороса: / — бак растворный; 2 — подвод горячей воды; 3 — подвод воздуха; 4 — перфориро­ванная воздушная труба; 5 — поплавковый дозатор; 6 —воронка; 7—трубопровод к камере нагретой воды; 8 — промканализация

§1 el

в определенные периоды года планктона —так называемого «цветения» воды. Для борьбы с их развитием также применяют купоросование воды дозой от 0,1 до 0,5 мг/дм3 Си.

санитарной аіужбьі.

Расход купороса для обработки воды в водоеме рассчитывается на создание не­обходимой концентрации в верхнем слое воды толщиной 1-2 м. Купоросование про­изводится с лодок, а также самолетами

Комментарии запрещены.