Способ очистки оборудования от отложений с высоким содержанием меди
Владельцы патента RU 2359196:
Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Машпром" (ЗАО НПП "Машпром") (RU)
Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (ИХТТ Ур О РАН) (RU)
Изобретение относится к химической очистке выпарного и теплотехнического оборудования от отложений, состоящих из продуктов коррозии меди, а также гидрооксида магния, карбонатов кальция и магния, сульфата кальция, и может быть использовано при химической очистке теплообменного оборудования в энергетической, химической и металлургической промышленности. Способ включает две стадии, на первой стадии проводят растворение меди из отложений раствором карбоната аммония, а на второй проводят растворение отложений с помощью 3-5% раствора соляной кислоты. При этом растворение меди проводят раствором карбоната аммония с концентрацией не выше 100 г/л при температуре не выше 50°С. Способ позволяет снизить скорость коррозии и предотвратить осаждение металлической меди на поверхность очищаемого оборудования при проведении очистки. 2 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
Изобретение относится к химической очистке выпарного и теплотехнического оборудования от отложений, состоящих из продуктов коррозии меди, а также гидроксида магния, карбонатов кальция и магния, сульфата кальция, и может быть использовано при химической очистке теплообменного оборудования в энергетической, химической и металлургической промышленности.
Известен способ химической очистки теплотехнического оборудования от отложений карбоната кальция и гидроксида магния с помощью 3-5% раствора соляной кислоты (Маргулова Т.Х. Химические очистки теплотехнического оборудования. Вып.2. М.: Энергия, 1978. С.4). Недостатком известного способа является то, что им нельзя проводить химическую очистку оборудования от отложений с высоким содержанием меди, так как при этом происходит осаждение меди на металлической поверхности оборудования и усиление коррозионных процессов, как при самой промывке, так и при последующей эксплуатации оборудования (Маргулова Т.Х. Химические очистки теплотехнического оборудования. Вып.2. М.: Энергия, 1978. С.56). Для иллюстрации сказанного на фиг.1 и 2 показано состояние образцов латунных теплообменных трубок с отложениями до и после промывки в 5% растворе соляной кислоты.
Как видно, до промывки теплообменные трубки были покрыты отложениями с высоким содержанием меди. Об этом, в частности, свидетельствует зеленоватый цвет отложений (фиг.1). После промывки в 5% растворе соляной кислоты теплообменные трубки полностью очистились от отложений, но при этом произошло осаждение металлической меди на их поверхности. Для дополнительного контроля за осаждением металлической меди при промывке в раствор были также помещены кольцо и гвоздь из черной стали. На них также произошло осаждение металлической меди (фиг.3 и 4).
Известен также способ химической очистки от отложений с повышенным содержанием меди с помощью 5% раствора соляной кислоты, в который для предотвращения осаждения металлической меди вводят 0,3-0,4% тиомочевины (Маргулова Т.Х. Химические очистки теплотехнического оборудования. Вып.2. М.: Энергия, 1978. С.57).
Недостатком известного способа является то, что он также не позволяет провести промывку оборудования от отложений с высоким содержанием меди. При проведении промывки известным способом не только не удается растворить отложения, но вдобавок поверхность очищаемых теплообменных трубок и сами отложения покрываются толстым слоем белого рыхлого осадка (фиг.5), который не смывается ни кислотой, ни водой.
В качестве ближайшего аналога выбран способ двухстадийной химической очистки, включающий на первой стадии растворение меди из отложений с помощью 1% раствора персульфата аммония с аммиаком (рН 10) или 1% раствора лимонной или винной кислоты с аммиаком (рН 10) и окислителем - 1% раствором нитрита натрия при 40-60°С, а на второй стадии - растворение отложений с помощью 3-5% раствора соляной кислоты (Маргулова Т.Х. Химические очистки теплотехнического оборудования. Вып.2. М.: Энергия, 1978. С.57-58) (способ принят за прототип).
Недостатком известного способа является невозможность с помощью него предотвратить осаждение меди на металлических поверхностях промываемого оборудования при проведении первой стадии очистки, если отложения содержат большое количество меди. Кроме того, при проведении первой стадии наблюдается высокая коррозия промываемого оборудования.
В основу заявляемого изобретения положена задача снижения скорости коррозии и предотвращения осаждения меди на поверхности очищаемого оборудования при проведении первой стадии очистки.
Указанная техническая задача решается тем, что в способе очистки оборудования от отложений с высоким содержанием меди, включающем на первой стадии растворение меди из отложений, а на второй - растворение отложений с помощью 3-5% раствора соляной кислоты, согласно изобретению растворение меди проводят раствором карбоната аммония.
Для достижения наилучшего результата предпочтительно:
во-первых, промывку проводят раствором карбоната аммония с концентрацией не выше 100 г/л;
во-вторых, проводят промывку при температуре не более 50°С.
Авторы предлагаемого изобретения опытным путем установили указанные условия проведения химической очистки. Для этого в различные по составу растворы для химической очистки загружались образцы теплообменных труб с отложениями, а также навески отложений с высоким содержанием меди. Одновременно туда же помещались два образца конструкционных материалов: кольцо из черной стали и кольцо из латуни. Эти образцы имитировали поверхность очищаемого оборудования. Раствор с образцами и отложениями перемешивался мешалкой, нагревался до температуры 50°С и выдерживался в таком состоянии 3 часа. Затем мешалка останавливалась, образцы вынимались и осматривались, раствор анализировался на содержание в нем меди. Кроме того, определялась скорость коррозии конструкционных материалов во время химической очистки. Результаты экспериментов, проведенных в лабораторных условиях, представлены в таблице и показаны на фиг.6-8.
| Влияние состава раствора для очистки на скорость коррозии конструкционных материалов и образование металлической меди на поверхности оборудования | ||||
| № опыта | Концентрация карбоната аммония в растворе для очистки, г/л | Концентрация меди в растворе после очистки, г/л | Внешний вид образцов конструкционных материалов | Скорость коррозии конструкционных материалов, мкм/ч |
| 1 | 25 | 0,73 | Образцы чистые, | Латунь = 1,51 |
| выделения меди | ||||
| не обнаружено | ||||
| 2 | 50 | 2,2 | То же самое | Латунь = 2,60 |
| 3 | 100 | 5,2 | То же самое | Латунь = 6,77 |
| 4 | 125 | 14,6 | То же самое | Латунь = 10,92 |
| Черная | ||||
| сталь = 0,1 |
Как видно, после химической очистки раствором карбоната аммония, отложения приобрели серый цвет, что свидетельствует о растворении меди (фиг.6). Выделение металлической меди на поверхности образцов конструкционных материалов не обнаружено. В частности, на фиг.7 показан внешний вид кольца из черной стали до и после химической очистки в растворе карбоната аммония с концентрацией 125 г/л. Видно, что образец чистый, выделения металлической меди на нем не наблюдается. С повышением концентрации карбоната аммония увеличивается концентрация меди в растворе после проведения очистки, а также растет скорость коррозии латуни (см. таблицу). Однако при концентрации карбоната аммония в растворе для химической очистки свыше 100 г/л скорость коррозии латуни в нем резко возрастает (см. таблицу и фиг.8), линейная зависимость на фиг.8 меняется на степенную, кривая резко идет вверх. Поэтому превышение этой концентрации является нецелесообразным. Скорость коррозии черной стали остается небольшой и даже при концентрации карбоната аммония в растворе 125 г/л не превышает 0,1 мкм/ч.
Повышение температуры проведения химической очистки свыше 50°С также является нецелесообразным, так как при более высокой температуре начинается интенсивное разложение карбоната аммония и раствор для химической очистки теряет свои свойства.
Технических решений, совпадающих с существенными признаками заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «новизна».
Заявляемая совокупность существенных признаков изобретения, предопределяющая получение указанного технического результата, для специалиста явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень».
Осуществление способа очистки оборудования от отложений с высоким содержанием меди подтверждается нижеприведенным примером со значениями параметров в заявленном числовом интервале.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. В бак приготовления раствора для химической очистки загружают 100 кг карбоната аммония, затем добавляют 2 м3 технической воды, перемешивают и нагревают до температуры около 50°С. После полного растворения загруженной соли полученный раствор с концентрацией карбоната аммония 50 г/л подают в теплотехническое оборудование, в котором имеются отложения с высоким содержанием меди, и с помощью насоса обеспечивают циркуляцию этого раствора внутри оборудования. Циркуляцию продолжают два часа. Затем промывной раствор сливают в бак-сборник промывного раствора для последующей утилизации. После этого может быть проведен второй этап очистки, и оборудование может быть очищено от оставшихся отложений карбоната кальция и гидроксида магния с помощью, например, 5% раствора соляной кислоты.
Далее приведем пример, соответствующий опыту 3 таблицы настоящего описания с численными значениями концентрации основного компонента.
Навеску 20 г карбоната аммония помещают в микротермостат и заполняют его водой до общего объема 200 мл. Включают мешалку и нагрев раствора. Раствор нагревают до 50°С и добиваются полного растворения навески соли. В термостате получают, таким образом, раствор карбоната аммония с концентрацией 100 г/л. Затем в раствор завешивают образцы конструкционных материалов: кольца из черной стали и латуни, которые имитируют поверхность очищаемого оборудования, а также помещают навеску накипи с высоким содержанием продуктов коррозии меди. Раствор в термостате с образцами и накипью перемешивают при температуре 50°С в течение 3 часов. Затем проводят химический анализ раствора и определяют скорость коррозии образцов конструкционных материалов за время промывки. О выделении металлической меди судят, осматривая образцы визуально, а также исследуя их под микроскопом.
Результаты остальных примеров конкретного исполнения предлагаемого способа приведены в таблице (опыты 1, 2 и 4).
Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить химическую очистку оборудования от отложений с высоким содержанием меди при низкой скорости коррозии оборудования и без выделения металлической меди на его поверхности.
1. Способ очистки оборудования от отложений с высоким содержанием меди, включающий на первой стадии растворение меди из отложений, а на второй - растворение отложений с помощью 3-5%-ного раствора соляной кислоты, отличающийся тем, что растворение меди проводят раствором карбоната аммония.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворение меди проводят раствором карбоната аммония с концентрацией не выше 100 г/л.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворение меди проводят при температуре не выше 50°С.
