Способ очистки трубопроводов систем оборотного водоснабжения от карбонатных отложений

 

Использование: химическая очистка внутренней поверхности металлических трубопроводов большого диаметра от минеральных отложений. Сущность изобретения: способ заключается в приготовлении моющего раствора путем добавления концентрированной серной технической кислоты в циркулирующую по трубопроводу воду при поступлении последней на технологические операции металлургических процессов. Причем кислоту добавляют небольшими дозами из расчета 20 - 55 г/м³ воды до достижения водородного показателя в поступающей на использование воде значения 7,2 + 7,4 pH, а в отработанной - 7,4 + 7,7 pH. 1 табл.

Изобретение относится к различным способам очистки внутренней поверхности полых изделий жидкостью, обладающей химическим или растворяющим действием, и может быть использовано для удаления минеральных отложений в металлических трубопроводах большого диаметра.

Известен способ очистки теплообменного оборудования от накипи путем принудительной циркуляции по замкнутому контуру, в котором накипь обрабатывают растворами оксихлорида алюминия или железа [1] Недостатком данного способа является то, что данные растворы могут использоваться для очистки оборудования только из нержавеющей стали. То есть указанные выше растворы обладают высокой коррозионной активностью и, кроме того, готовятся из дефицитных и дорогостоящих реагентов.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ очистки трубопроводов большого диаметра от минеральных отложений путем кислотной промывки. Для этого трубопровод последовательно участками изолируют от воды и подвергают очистке путем подачи в него насосом соляной кислоты, необходимое количество которой с запасом 10% определяют по математической зависимости. Отработанный раствор из трубопровода выпускают небольшими порциями на очистные сооружения оборотного цикла водоснабжения [2] Недостатком этого способа является отрицательное воздействие кислоты на металл, в результате чего он разрушается. Кроме того, для промывки данным методом необходим вывод из эксплуатации трубопровода на какое-то время. Все это в комплексе требует больших материальных затрат.

Технической задачей изобретения является очистка трубопроводов большого диаметра от карбонатных отложений без остановки оборудования, т.е. в процессе эксплуатации, с одновременным предотвращением химической коррозии металла.

Для решения этой задачи используют моющий раствор, приготовленный путем добавления концентрированной технической серной кислоты в циркулирующую по трубопроводу воду при поступлении последней на технологические операции металлургических процессов.

Кислоту вводят небольшими дозами из расчета 20 55 г/м³ воды до достижения водородного показателя воды, поступающей на технологические операции, 7,2^oC7,4 pH, а отработанной 7,4^oC7,7 pH.

Цифровые значения получены экспериментальным путем.

Сущность технического решения состоит в том, что при вводе кислоты в воду небольшими порциями связанная углекислота карбоната кальция переходит в свободную и полусвязанную форму, безопасную для коррозии металла. При этом карбонат кальция переводится в растворимый карбонат кальция, который затем выводится из системы посредством продувки.

Для осуществления технического решения проведен ряд опытов с использованием напорных и самотечных трубопроводов оборотных систем водоснабжения металлургических агрегатов.

Результаты представлены в таблице.

Пример 1 (опыт 2). Опыт был проведен на системе оборотного водоснабжения металлургического агрегата с протяженностью трубопроводов 3500 м диаметром 700 мм. Эти трубопроводы имели карбонатные отложения следующего состава, CaO 34, Mg 2, SiO 5,6, Al₂O 2,7, FeO 1,4, Fe₂O₃ - 0,07, ZnO 14,8, P₂O₅ 0,2. Толщина отложений до проведения опыта составляла 100 250 мм на сторону в зависимости от характера истечения воды.

На повторное использование подавали воду со следующей характеристикой: водородный показатель 8,35 8,5 pH; содержание ионов, мг-экв/дм³: карбонатов 12,6, бикарбонатов 29,4, хлоридов 30,6, сульфатов 7,8, кальция 3,1, магния 2,9, аммиака связанного 16,3, суммы натрия и калия - 58,0; мг/дм: цинка 22,4, фосфатов 13,0, взвешенных веществ 136.

Концентрированную техническую серную кислоту подавали дозами в циркулирующую воду перед насосами, подающими воду на повторное использование (приемная камера охлажденной воды). Доза кислоты для удаления отложений в пересчете на 100% ее содержания устанавливалась следующим образом. 100 см циркулирующей воды (с насоса, подающего воду на технологические операции) оттитровывалось стандартным раствором 0,1н соляной кислоты до достижения значения водородного показателя 7,2 pH, где расход стандартного раствора соответствовал мг-экв/дм щелочности, которая должна быть погашена введением дозы кислоты.

В данном случае она соответствовала 0,41 мг-экв/дм³. Эквивалентная масса серной кислоты (мг-экв) соответствует 49 мг. Для пересчета дозы кислоты в мг/дм³ (г/м³) следует 0,41·49 20,1 мг/дм³ (≈20 г/м³). Введение кислоты в количестве 20 г/м обеспечило достижение водородного показателя поступающей на агрегат воды 7,2 pH. Кислоту подавали до тех пор, пока значение водородного показателя отработанной воды не достигло значения 7,4 pH. Достижение этого показателя происходило следующим образом. В течение первых четырех суток водородный показатель отработанной воды был на уровне 8,3^oC8,4% На пятые и последующие сутки этот показатель снижался в среднем на 0,1 pH. Через двадцать суток он достиг значения 7,4 pH. После этого подача кислоты прекращается. Для подтверждения полученного результата была произведена ревизия трубопроводов. При осмотре установлено, что карбонатные отложения разрыхлены и удалены с внутренней поверхности трубопроводов. В нижней части трубопровода присутствовали только жидкие подвижные шламы следующего состава, CaO 7,4, MgO 4,4, SiO₂ 13,2, FeO 8,3, Fe₂O₃ 5,7, Al₂O₃ 6,0, MnO - 0,42, ZnO 14,2.

Внутренняя поверхность металла была чистая, покрытая плотным слоем толщиной 0,2 мм фосфата цинка Zn₃(PO₄)₂.

Пример 2 (опыт 3). Для очистки трубопроводов использовали систему оборотного водоснабжения вентсистем и гидросмыва шихтовой пыли аглофабрики, в которой циркулирующая вода имела следующие физико-химические характеристики: водородный показатель 9,53^oC9,60 pH; содержание ионов, мг-экв/дм³: карбонатов 12,2, гидратов 0,28, хлоридов -5,7, сульфатов 3,8, кальция - 4,3, магния 1,2; мг/дм³: железа 0,33, цинка 0,64, взвешенных веществ 90.

Карбонатные отложения перед началом очистки составляли 250 мм.

Доза серной кислоты для удаления отложений определялась по методике опыта 2 (пример 1). В этом случае доля погашения щелочности составила 0,82 мг-экв/дм³, что соответствовало дозе кислоты 0,82·49 40,2 мг/дм³ (≈40 г/дм³).

Введение кислоты в количестве 40 г/м³ обеспечивало значение водородного показателя воды, поступающей на агрегат 7,3 pH. Кислоту подавали до тех пор, пока водородный показатель отработанной воды не достиг значения 7,6 pH. Это произошло по истечении 18 сут, после чего подача кислоты была прекращена и произведена ревизия трубопроводов. При осмотре установлено, что карбонатные отложения полностью удалены, а внутренние поверхности оборудования не имеют очагов коррозии.

Пример 3 (опыт 4). Для очистки трубопроводов использовали циркулирующую воду системы оборотного водоснабжения для мокрой очистки газа, которая имеет следующий физико-химический состав: водородный показатель 10,9 pH, содержание ионов, мг-экв/дм³: карбонатов 1,42, гидратов 0,70, хлоридов 3,9, сульфатов 11,5, кальция 8,6, магний 2,0; мг/дм³: взвешенных частиц 144. Карбонатные отложения до начала очистки имели толщину до 400 мм на сторону.

Доза серной кислоты устанавливалась по методике опыта 2. В данном случае доля погашения щелочности составляла 1,12 мг-экв/дм³, что соответствовало дозе кислоты 1,12·49 54,9 мг/дм³ (≈55 г/м³).

Эту дозу подавали постоянно в камеру охлажденной воды, что обеспечило в поступающей воде значения водородного показателя 7,4 pH. Подача воды продолжалась 25 сут, до достижения значения водородного показателя отработанной воды 7,7 pH. После этого подача воды была прекращена и была произведена ревизия трубопроводов. Карбонатных отложений не обнаружено, и внутренняя поверхность оборудования не имела очагов коррозии.

Таким образом, из данных таблицы видно, что, используя моющий раствор, содержащий воду и кислоту, можно не только уничтожить карбонатные отложения, но и предотвратить их образование, при этом металлические трубопроводы не подвергаются коррозии.

Предложенный способ имеет существенные преимущества по сравнению с известным по технической сущности и по полученным результатам. Кроме того, его применение позволяет при минимальных затратах обеспечить эффективную очистку от карбонатных отложений внутренних поверхностей оборудования и трубопроводов, не требуя их остановки и ревизии.

Формула изобретения

Способ очистки оборудования систем оборотного водоснабжения от карбонатных отложений, заключающийся в подаче концентрированной кислоты в трубопровод, отличающийся тем, что кислоту подают в циркулирующую по трубопроводу воду дозами из расчета 20 55 г/м³ воды до достижения водородного показателя воды, поступающей на технические операции 7,2 7,4 pH, а отработанной 7,4 7,7 pH.

РИСУНКИ

Рисунок 1