Основные типы реагентов, применяемые при химических очистках

а) Очистка щелочами

Щелочи редко применяются для очистки энергетического оборудования в качестве основного реагента. Большей частью они используются для подготовки отложений к воздействию основного реагента и нейтрализации остатков последнего.

Очистка щелочами как основным реагентом применяется в следующих случаях:

1) предпусковая очистка новых котлоагрегатов, обычно среднего и низкого давлений, сравнительно небольшой мощности, загрязненных в основном смазочными материалами и небольшим количеством рыхлой ржавчины. В качестве реагентов применяются едкий натр и тринатрий фосфат.

2) очистка котлов от мощных эксплуатационных отложений сульфатной накипи, например, в котлах питаемых морской водой, или отложений силикатной накипи. Эти накипи не поддаются воздействию кислот или требуют чрезмерно большого расхода дорогих комплексообразующих реагентов. В этом случае применяют соду или тринатрий фосфат.

Химическая очистка щелочами производится при довольно высокой температуре, что возможно вследствие неагрессивности реагентов по отношению к котельному металлу при употребительных концентрациях. Повышенные температуры интенсифицируют химическую очистку и сокращают ее продолжительность.

б) Очистка минеральными кислотами

Применение минеральных кислот основано на использовании первого, а в ряде случаев – четвертого и пятого принципов химической очистки. Наиболее распространенным и давно применяемым реагентом является соляная кислота. Значительно реже применяется серная, фосфорная и хромовая кислоты. Главным преимуществом соляной кислоты является большая скорость ее взаимодействия с отложениями. Соляная кислота полностью растворяет карбонатные и фосфатные отложения; железоокисные отложения соляной кислотой в значительной степени растворяются, а частично диспергируются. Соляная кислота слабо действует на силикатные отложения и практически не растворяет сульфатные накипи. К недостаткам соляной кислоты относятся её высокая агрессивность по отношению к металлам и сплавам и недопустимость её применения при наличии в очищаемом оборудовании элементов, изготовленных из аустенитных сталей, весьма чувствительных к «хлоридному» коррозионному растрескиванию при последующей эксплуатации котла, в котором остались даже очень малые количества хлоридов.

Серная кислота безопасна в отношении коррозионного растрескивания аустенитных сталей, но она практически не растворяет карбонатные, сульфатные и силикатные накипи, а при предпусковых промывках оставляет нерастворенной значительную часть прокатной окалины и ржавчины. По этим причинам серная кислота почти не применяется в качестве основного реагента при кислотных очистках. Серная кислота применялась с целью экономии более дорогой и более дефицитной соляной кислоты при растворении карбонатных накипей. Экономия достигалась путем постепенного добавления серной кислоты в отработанный промывочный раствор и осаждения сульфата кальция с «регенерацией» соляной кислоты для повторного её использования:

(2.13)

(2.14)

Применялась также предпусковая очистка котлов с помощью фосфорной кислоты. Основными преимуществами этой кислоты являются безопасность в отношении вторичного ржавления очищенной поверхности металла и отсутствие выделения агрессивных паров, как при соляной кислоте. При очистке фосфорной кислотой не требуется операция пассивирования котельного металла, поверхность которого покрывается защитной пленкой фосфата железа. Недостатками фосфорной кислоты являются малая интенсивность растворения ею отложений, вследствие чего очистки приходится вести при обязательном кипячении раствора (), а также большой расход реагента, так как достаточно высокой растворимостью обладают только монофосфаты и других тяжелых металлов, т.е. из трех Н-ионов молекулы фосфорной кислоты используется только один:

(2.15)

(2.16)

Фосфорная кислота, так же как и другие минеральные кислоты, весьма агрессивна по отношению к стали; применение её требует добавления к промывочному раствору эффективных ингибиторов. Для очистки прямоточных котлов применение фосфорной кислоты недопустимо.

Некоторое применение для химических очисток нашла сульфаминовая кислота (). Действие ее весьма сходно с действием других минеральных кислот, к которым она очень близка по степени диссоциации. Сульфаминовая кислота – твердый кристаллический продукт, поэтому она гораздо удобнее в обращении, чем соляная кислота, и применяется в ряде случаев при эксплуатационных очистках малых котлов.

в) Очистка органическими кислотами

Из этого класса основных реагентов для химической очистки оборудования наибольшее практическое применение получила лимонная кислота. Это связано с высокой эффективностью лимонной кислоты, более резко выраженными её комплексообразующими свойствами, а также соображениями большей защиты металла от коррозии по сравнению с другими органическими кислотами. Кроме того, лимонная кислота как твердый продукт, очень легко растворимый в воде (до 40%), удобна в обращении.

Стремление к применению органических кислот, хотя они удаляют отложения значительно медленнее, чем соляная кислота, объясняется, прежде всего, нежелательностью использования минеральных кислот (особенно соляной) для очистки котлов с элементами из аустенитных сталей, в первую очередь - прямоточных. Органические кислоты имеют также то преимущество, что остатки их в котле при высокой температуре полностью разлагаются с образованием летучих соединений ( и т.д.), а это позволяет проводить менее тщательную отмывку промывочного раствора, что особенно важно для прямоточных котлов. Лимонная кислота с добавлением ингибиторов получила наиболее широкое применение для химической очистки в первую очередь прямоточных котлов высокого и сверхвысокого давлений с частью поверхностей нагрева из аустенитных сталей. Очистка оборудования лимонной кислотой основана как на прямом растворении, так и на связывании ею ионов железа в прочные комплексы. Лимонная кислота эффективно удаляет прокатную окалину и отложения магнетита, но не действует на силикаты и медь. Отложения соединений кальция удаляются лимонной кислотой в ограниченных размерах. При очистке лимонной кислотой необходимо строгое соблюдение технологического режима, в противном случае возможны выпадения из раствора цитратов железа и повышенная коррозия металла котла. Повышение рН раствора за счет добавления аммиака, т.е. применение для отмывки не самой лимонной кислоты, а цитратов аммония, например, моноаммонийцитрата, в значительной степени снимает эти трудности и повышает эффективность очистки. Применение моноаммонийцитрата вместо лимонной кислоты позволяет также удалять медистые отложения.

Лимонная кислота получила применение при химической очистке котлов также и в качестве вспомогательного реагента. Например, лимонная кислота применяется для отмывки котлов после вытеснения основной части промывочного раствора минеральной кислоты во избежание выпадения окислов железа в результате повышения рН среды. Менее эффективными, чем лимонная кислота, являются адипиновая, малеиновая, щавелевая и янтарная кислоты, но они могут заменить лимонную кислоту в составе композиций на основе комплексонов.

г) Очистка комплексонами

Наиболее распространенным комплексоном для отмывки отложений является ЭДТУ и её соли. Менее эффективная нитрилтриуксусная кислота (НТУ). Агрессивность таких отмывочных растворов гораздо меньше, чем соляной кислоты, даже ингибированной, что делает их особенно пригодными для многократных эксплуатационных очисток.