Современные подходы к снижению накипеобразования в теплообменном оборудовании

Цели. Процессы накипеобразования и коррозии являются серьезной проблемой для оборудования теплоэнергетического комплекса. Их активное развитие может полностью заблокировать работу системы, ускорить коррозию и привести к закупориванию, местным перегревам, прогарам и разрывам котлов и труб. Это, в свою очередь, может привести к катастрофическим последствиям и масштабным экологическим проблемам. Важной задачей является защита поверхностей от накипеобразования и коррозии. Перспективными методами предотвращения развития нежелательных последствий являются модификация состава полимерных покрытий за счет введения микрокапсулированных ингибиторов коррозии, а также поверхностная модификация, а именно, гидрофобизация поверхности полимерного покрытия. Целью работы являлся анализ методов снижения накипеобразования и скорости коррозионных процессов, а также исследование эффективности модификации лакокрасочных покрытий (ЛКП) посредством введения в их состав микрокапсулированных ингибиторов коррозии.

Методы. В работе использовались методы ускоренных коррозионных испытаний.

Результаты. Проанализированы существующие методы снижения накипеобразования и скорости коррозии на поверхностях теплоэнергетического оборудования. Исследована эффективность модифицирования защитных полимерных материалов за счет введения в их состав микрокапсул, содержащих активную фосфонатную добавку, а также их поверхностное модифицирование.

Выводы. Установлено, что модифицирование ЛКП за счет применения микрокапсулированных активных добавок позволяет существенно снизить скорость как накипеобразования, так и развития коррозионных процессов. Внедрение современных методов модифицирования полимерных покрытий позволяет получать составы нового поколения, эффективным образом препятствующие накипеобразованию, развитию коррозионных процессов, и дает возможность сохранять высокую производительность теплообменного оборудования.

1. Saremi M., Dehghanian C., Sabet M. The effect of molybdate concentration and hydrodynamic effect on mild steel corrosion inhibition in simulated cooling water. Corros. Sci. 2006;48(6);1404-1412. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2005.06.009

2. Betz Handbook of Industrial Water Conditioning: 8th ed. BETZ Labratories Inc., USA; 1980. 440 p.

3. Материалы конференции начальников турбинных цехов российских и зарубежных АЭС по повышению надежности и эффективности турбинного оборудования НТЦ-2013. Москва; 2013.

4. Mwaba M.G., Golriz M.R., Gu. J. A semi-empirical correlation for crystallization fouling on heat exchange surfaces. Appl. Therm. Eng. 2006;26(4):440-447. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.05.021

5. Головин В.А., Печников Н.В., Щелков В.А., Цивадзе А.Ю. Оценка срока эксплуатации теплообменных трубок конденсаторов пара на основе статистического анализа локальной язвенной коррозии по данным вихретокового контроля. Физикохимия поверхности и защита материалов. 2018;54(45):14-26. https://doi.org/10.1134/S004418561806013X

6. Zhang H.H., Pang X., Meng Z., Chao L., Liang W., Gao K. The behavior of pre-corrosion effect on the performance of imidazoline-based inhibitor in 3 wt % NaCl solution saturated with CO2. Appl. Surf. Sci. 2015;356:63-72. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.08.003

7. Avdeev Y.G., Kuznetsov Y.I. Inhibitory protection of steels from high-temperature corrosion in acid solutions. A review. Part 1. Int. J. Corros. Scale Inhib. 2020;9(2): 394-426. https://doi.org/10.17675/2305-6894-2020-9-2-2

8. Бовт В.В., Миков А.И. Композиция на основе нитрата карбамида и способ получения композиции на основе нитрата карбамида: Пат. 2497941 РФ. Заявка № 201204930/04; заявл. 13.02.2012; опубл. 10.11.2013. Бюл. 31.

9. Аптекман А.Г., Беклемышев В.И., Болгов В.Ю., Махонин И.И. Промывочный состав для удаления накипи: Пат. 2172301 РФ. Заявка № 2000110279/12; заявл. 25.04.2000; опубл. 20.08.2001. Бюл. 23.

10. Алиев З.М., Магомедова Д.Ш., Супьянова Э.А., Ялдаров Э.М. Исследование электрохимически синтезированного анолита для очистки внутренних трубопроводов от накипи. Вестник Дагестанского государственного университета. 2014;6:148-150.

11. Линников О.Д., Родина И.В., Анохина Е.А. и др. Способ очистки оборудования от отложений с высоким содержанием меди: Пат. 2359196 РФ. Заявка № 2007134131/02; заявл. 12.09.2007; опубл. 20.06.2009. Бюл. № 17.

12. Ахмедов Г.Я. Способ очистки теплообменника от карбонатных отложений: Пат. 2528776 РФ. Заявка № 2013109835/06; заявл. 05.03.2013; опубл. 20.09.2014. Бюл. 26.

13. Гайдар С.М. Водорастворимый ингибитор коррозии металлов: Пат. 2355820 РФ. Заявка № 2008113753/02; заявл. 11.04.2008; опубл. 20.05.2009. Бюл. 14.

14. Артамонова И.В., Горичев И.Г. Экологические особенности удаления карбонатных отложений с поверхности теплотехнического оборудования. Известия МГТУ «МАМИ». 2009;8(2):220-227.

15. Шагиев Н.Г., Чичирова Н.Д., Абасев Ю.В., Ляпин А.И. Термодинамический анализ процессов в водных контурах электростанций при химических очистках с использованием композиций на основе комплексонов. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2003;(11-12):82-88.

16. Zhang P., Lv F.Y. A review of the recent advances in superhydrophobic surfaces and the emerging energyrelated applications. Energy. 2015;82:1068-1087. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.01.061

17. Barati D.G., Aliofkhazraei M., Khorsand S., Sokhanvar S., Kaboli A. Science and engineering of superhydrophobic surfaces: review of corrosion resistance, chemical and mechanical stability. Arab. J. Chem. 2020;13(1):1763-1802. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.01.013

18. Latthe S.S., Sutar R.S., Kodag V.S., Bhosale A.K., Kumar A.M., Kumar Sadasivuni K., Xing R., Liu S. Self - cleaning superhydrophobic coatings: potential industrial applications. Prog. Org. Coat. 2019;128:52-58. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2018.12.008

19. Cao L., Jones A.K., Sikka V.K., Wu J., Gao D. Anti-Icing superhydrophobic coatings. Langmuir. 2009;25(21): 12444-12448. https://doi.org/10.1021/la902882b

20. Mehmood U., Al-Sulaiman F.A., Yilbas B.S., Salhi B., Ahmed S.H.A., Hossain M.K. Superhydrophobic surfaces with antireflection properties for solar applications: a critical review. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2016;157:604-623. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2016.07.038

21. Gwon H.J., Park Y., Moon C.W., Nahm S., Yoon S.J., Kim S.Y., Jang H.W. Superhydrophobic and antireflective nanograss-coated glass for high performance solar cells. Nano Res. 2014;7(5):670-678. https://doi.org/10.1007/s12274-014-0427-x

22. Gao X.F., Jiang L. Biophysics: water-repellent legs of water striders. Nature. 2004;432(7013):36. https://doi.org/10.1038/432036a

23. Gao X., Yan X, Yao X., Xu L., Zhang J., Zhang K., Yang B., Jiang L. The dry-style antifogging properties of mosquito compound eyes and artificial analogues prepared by soft lithography. Adv. Mater. 2007;19(17):2213-2217. https://doi.org/10.1002/adma.200601946

24. Liu T., Chen S.G., Cheng S., Tian J.T., Chang X.T., Yin Y.S. Corrosion behavior of super-hydrophobic surface on copper in seawater. Electrochim. Acta. 2007;52(28):8003-8007. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2007.06.072

25. Yin Y.S., Liu T., Chen S.G., Liu T., Cheng S. Structure stability and corrosion inhibition of super-hydrophobic film on aluminum in seawater. Appl. Surf. Sci. 2008;255(5):2978-2984. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.08.088

26. Hooda A., Goyat M.S., Pandey J.K., Kumar A., Gupta R. A review on fundamentals, constraints and fabrication techniques of super-hydrophobic coatings. Prog. Org. Coat. 2020;142:105557. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2020.105557

27. Wang G., Zhang T.Y. Easy route to the wettability cycling of copper surface between superhydrophobicity and superhydrophilicity. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2012;4(1):273-279. https://doi.org/10.1021/am2013129

28. Mortazavi V., Khonsari M. On the degradation of superhydrophobic surfaces: a review. Wear. 2017;372-373:145-157. https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.11.009

29. Boinovich L.B., Emelyanenko A.M. The prediction of wettability of curved surfaces on the basis of the isotherms of the disjoining pressure. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2011;383(1-3):10-16. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2010.12.020

30. Golovin V.A., Kaz’min A.N., Nemytova A.M. Experience gained from using protective coating of cooling tubes in the condensers at the Leningrad and the Smolensk nuclear power plants. Term. Eng. 2012;59(2):119-124. https://doi.org/10.1134/S0040601512020048

31. Ильин А.Б., Щелков В.А., Добриян С.А., Лукин В.Б., Головин В.А. Полимерные покрытия для защиты теплообменных трубок конденсаторов пара от коррозии и солеотложений. Международный научно-исследовательский журнал. 2018;5(71):69-75. https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.71.037

32. Головин В.А. Предотвращение накипеобразования и коррозии теплопередающих поверхностей конденсаторов АЭС. Труды конференции начальников турбинных цехов российских и зарубежных АЭС по повышению надежности и эффективности турбинного оборудования. АО «Концерн Росэнергоатом», 13-15 февраля 2018.

33. Головин В.А., Ильин А.Б., Кузнец В.Т., Вартапетян А.Р. Способ защиты от коррозии металлических поверхностей ингибированными полимерными композициями и микрокапсулы с ингибитором коррозии: Пат. 2358036 РФ. Заявка № 2007148024/02; заявл. 25.12.2007; опубл. 10.06.2009.

34. Golovin V.A., Kuznets V.T., Kublitsky K.V., Ilin A.B. Method for protection against corrosion and scale deposit and for restoring tubes of heat-exchanging equipment and device for carrying out said method: US Pat. 7836844. Publ. 23.11.2010.

35. Головин В.А., Ильин А.Б., Алиев А.Д. Диффузия фосфоновых ингибиторов накипеобразования в эпоксидных матрицах. Международный научно-исследовательский журнал. 2018;70(4):92-96. https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.70.033