АНАЛИЗ ПРИЧИН И ПУТЕЙ БОРЬБЫ С БАКТЕРИАЛЬНОЙ

АНАЛИЗ ПРИЧИН И ПУТЕЙ БОРЬБЫ С БАКТЕРИАЛЬНОЙ
КОРРОЗИЕЙ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Г. ОДЕССА.
А.В. Талалай, Б.Н. Шукайло, П.В. Коломиец, НПФ «МИОР», Северодонецк
Впервые с проблемой бактериальной коррозии трубопроводов теплосетей НПФ
«МИОР» столкнулась в 1999 г при отмывке поверхности теплообмена котлов КВ–ГМ 50 от
отложений. Отложения представляли собой плотный слой оксидов железа, в основном
магнетита с высокой электропроводностью. Анализ добавочной воды показал ее
соответствие с требованиями по показателям жесткость (<50 мкг–экв/л), железо.
Содержание кислорода колебалось на уровне 50÷100 мкг/л.
В обратной воде содержание солей жесткости не увеличивалось (присос
отсутствовал), а содержание общего железа доходило до 500 мкг/л.
Скорость коррозии, измеренная по образцам, составляла 0,2÷0,6 мм/год, а уровень
отложений достигал 2÷6 кг/м2.
Рис. 1 Трубы правого бокового экрана котла №6 котельной «Чубаевка» на разных
степенях отмывки. (а) – до начала отмывки; б) – промежуточный этап
отмывки; в) – после отмывки отложений композицией «МИОР»)
В целом характер отложений, уровень коррозии не соответствовали уровню
подготовки воды. Анализ сетевой и добавочной воды показал, что содержание нитратов в
добавочной воде составляло 8÷12 мг/л, а в сетевой падало до 0,5÷2 мг/л. Учитывая тот
факт, что нитраты в нейтральных средах не восстанавливаются железом, было сделано
предположение о бактериальном «катализе» окисления железа нитрат–ионом и
«переносе» образовавшегося двухвалентного железа на теплообменные поверхности.
Порыв трубопровода обратной воды и дальнейший анализ характера повреждений
показал состоятельность такого предположения. Внешне бактериальная коррозия на
внутренних поверхностях трубопровода проявлялась как образование пористых наростов
размером от 5 до 50 мм в поперечнике и до 30 мм высотой. Под наростом на поверхности
металла обнаруживалась каверна соответствующего диаметра и глубиной вплоть до
толщины исходного материала.
Рис. 2. Трубопровод обратной сетевой воды к. «Северная». Колония
бактерий и каверна, обнаруженная под колонией.
а)
б)
Рис. 3. Фотографии образцов отложений с поверхности трубопровода обратной
сетевой воды к. «Северная». (а) – увеличение в 200 раз; б) – увеличение в 10 раз)
Рис. 4. Поверхность трубопровода обратной сетевой воды к. «Северная» после
удаления отложений и продуктов коррозии.
В старых трубопроводах бактериальная коррозия представляет собой сплошной слой
пористых отложений до 50 мм высотой.
Рис 5. Трубопровод обратной сетевой воды. Эксплуатация ≈30 лет.
Наросты и отложения образованы колониями бактерий и продуктами коррозии стали
– сульфидом железа, магнетитом, гидроксидом трехвалентного железа с различной
степенью гидратации. Колонии бактерий, по данным Одесского университета,
образованы
железобактериями,
тионовыми,
сульфатредуцирующими
и
нитрифицирующими бактериями.
Для роста бактериальных колоний, представленных на рисунках 2 и 3, необходимы
следующие составляющие:
! источник органического или неорганического углерода
! окисляемый субстрат – соединения двухвалентного железа, газообразный
водород, аммиак, восстановленные соединения серы, органические вещества
! окислитель – растворенный кислород, нитриты, нитраты
! оптимальные значения температуры и pH
! Для сетевой воды г. Одесса характерно наличие следующих составляющих для
интенсивной бактериальной корозии:
! содержание неорганического углерода – 40÷60 мг/л, органического – 2÷3 мг/л
! содержание окисляемого субстрата – органические вещества до 5 мг/л, железо –
неограниченно
! содержание окислителя – нитратов до 12 мг/л, кислорода до 50 мкг/л,
сульфатов до 100 мг/л
Исходя из данных аналитического и бактериального контроля можно предположить
следующий постадийный механизм коррозионного повреждения стали:
! «пусковая» водородная или сероводородная коррозия в бескислородной среде
! вовлечение водорода в цикл биохимического восстановления сульфатов до
сероводорода
! образование сульфида железа
! окисление сульфида железа нитрат–ионами под действием бактерий p.
! температура
до 85с0образованием
С, pH – 8,0÷8,4 гидроксида железа и серной кислоты
Thiobacillus
denitrificans
! кислотная коррозия железа за счет снижения pH внутри колонии с
продукцией
замыканием цикла
коррозии.
Учитывая водорода
исходное исодержание
нитратов
в добавочной воде можно оценить
ежегодные потери стали на бактериальную коррозию и оценить скорость роста
отложений в котлах.
Так для котельной «Чубаевка» при уровне потребления добавочной воды 70 м 3/час и
времени работы 4000 часов в год годовое количество восстановленных нитратов составит
3 т., что эквивалентно 6,5 т. ушедшей на коррозионное повреждение стали при 9÷9,5 т.
отложений в год. При суммарной внутренней поверхности котлов в котельной на уровне
6000 м2 годовой прирост отложений может составить 1,5÷1,7 кг/м2. Это вполне
отображает реальное состояние теплообменных поверхностей с учетом накопления
оксидов железа в трубопроводах с одной стороны и вклада кислородной коррозии при
ежегодном заполнении тепловой сети с другой стороны.
Анализ средств борьбы с бактериальной коррозией показывает, что могут быть
применены следующие методы, позволяющие создать неблагоприятные условия для
роста бактерий:
Для удаления органического и неорганического углерода – методы известкования,
ионного обмена, обратного осмоса.
Для удаления окисляемого субстрата – защитные покрытия, сорбция.
Для удаления окислителя – обескислораживание, денитрификация, ионный обмен.
Поддержание высокой температуры (>850С) и значения pH (>10).
Дезинфекция.
Учитывая новую редакцию «Правил приема сточных вод предприятий в
коммунальные и ведомственные системы канализации населенных пунктов Украины»,
фактически запрещающие применение ионного обмена за счет сброса регенерационных
растворов, экономически целесообразными можно считать известкование (едконатровое
умягчение), обратный осмос и денитрификацию.
Метод известкования позволяет решить вопрос как создания защитного покрытия на
поверхности нагрева и в трубопроводах в виде карбоната кальция, так и повышения
значения pH в сетевой воде. Недостаток метода, заключающийся в «заносе» котла
карбонатом кальция легко устраняется введением ингибиторов отложений.
Рис. 6. Трубопровод прямой сетевой
воды Одесской ТЭЦ. Срок службы
≈30 лет.
Метод обратного осмоса позволяет радикально решить вопрос с солями жесткости и
сульфатами, но селективность по нитратам недостаточна, кроме того, высок уровень
сброса сточных вод.
Метод биологической денитрификации позволяет решить вопрос удаления
кислорода, нитратов и подкисления добавочной воды для снижения уровня
накипеобразования без образования сточных вод.
Применительно к подготовке добавочной воды, применение этого метода полностью
проработано, и НПФ «МИОР» готова внедрить его в опытно–промышленном масштабе в
тепловых сетях в сезон 2003–2004 года.