В статье приведен обзор наиболее распространенных веществ для связывания растворенного кислорода, применяемых в теплоэнергетике.
Для химической деаэрации воды (для связывания растворенного кислорода в котловой и питательной воде) применяют различные химические соединения.
1. Сульфит натрия Na2SO3
Сульфит натрия является одним из самых доступных по цене и наиболее активным химическим реагентом, использующимся в качестве поглотителя кислорода.
При взаимодействии сульфита натрия с растворенным кислородом образуется сульфат натрия, который накапливается, повышая солесодержание в котле:
Таким образом, при высоких значениях давления или других критических условиях эксплуатации котлов, где повышенное солесодержание нежелательно, применять сульфит натрия не рекомендуется!
Из химической реакции следует, что примерно на 8 частей сульфита натрия приходится 1 часть растворенного кислорода. При этом поддерживается концентрация сульфитов на уровне до 20 мг/л в котле.
При давлении выше 41 бар сульфит подвергается термическому разложению с образованием диоксида серы или сульфида серы:
Оба этих газа, являясь коррозионноактивными, улетают вместе с паром из котла, понижая при этом значение pH пара и конденсата и вызывая при этом, угрозу возникновения коррозии в системе.
Таким образом, сульфит натрия эффективно связывает растворенный кислород, но не является летучим с паром реагентом, то есть, не обеспечивает защиту паро-конденсатного контура и не способствует переходу гематита в магнетит, то есть не обладает пассивирующими свойствами.
2. Гидразин N2H4
Наиболее часто для котлов высокого давления в качестве реагента для связывания растворенного кислорода применяют гидразин и катализированный гидразин.
Гидразин не образует коррозионноактивных газов при высоких температурах и давлениях, и взаимодествует с кислородом с образованием азота и воды:
Из химической реакции следует, что примерно 1 часть гидразина связывает 1 часть растворенного кислорода. На практике применяют 100% избыток гидразина. При этом поддерживается концентрация гидразина на уровне 1 мг/л в котле.
Гидразин не повышает солесодержание в котловой воде, снижая при этом количество продувочной воды. Также, гидразин образует защитную пленку из магнетита на поверхности трубопроводов и в барабане котла, то есть способствует пассивации. Однако, применение гидразина имеет ряд недостатков.
Во-первых, гидразин не является летучим с паром соединением, поэтому он не защищает весь паро-конденсатный контур от коррозии. При температурах выше 205ºС гидразин разлагается на аммиак, который улетает с паром, и в присутствии кислорода способствует развитию коррозии меди:
Во-вторых, гидразин обладает канцерогенными свойствами и является опасным химическим соединением. Гидразин и его водные растворы сильно ядовиты, раздражают слизистые оболочки, глаза и дыхательные пути, поражают центральную нервную систему и печень. При попадании гидразина на кожу требуется немедленная ее обработка водой или слабым раствором кислот. У гидразина очень низкий ПДК 0,1 мг/г 3 .
3. Карбогидразид
Карбогидразид – это летучий поглотитель кислорода, который не увеличивает солесодержание в системе, эффективно связывает растворенный кислород при низких температурах и давлениях и обеспечивает пассивацию металлических поверхностей.
Карбогидразид при температурах выше 180ºС может разлагаться до гидразина.
Реакция взаимодействия карбогидразида с кислородом:
Теоретически, для связывания одной части кислорода необходимо примерно 1,4 частей карбогидразида. Следует отметить, что при взаимодействии карбогидразида с кислородом образуется углекислый газ, при растворении которого в конденсате получается угольная кислота, которая и вызывает коррозию в возвратных линиях трубопроводов. Карбогидразид не применяется на пищевых производствах, где пар непосредственно контактирует с пищей.
4. Эриторбат
Эриторбат считается безопасным химическим веществом, разрешенным к применению на пищевых производствах. Эриторбиновая кислота нелетучая, она остается в котле, и не улетает вместе с паром
5. Метилэтилкетоксим (MEKO)
Это летучий поглотитель кислорода, который реагирует с кислородом с образованием метилэтилкетона, оксида азота и воды.
На 1 часть кислорода требуется 5,4 частей метилэтилкетоксима. MEKO обладает пассивирующими свойствами
6. Гидрохинон
Гидрохинон чаще применяют совместно с поглотителями кислорода в качестве катализатора реакции с кислородом.
Но и сам по себе, гидрохинон способен снизить концентрацию растворенного кислорода до уровня 1-2 мкг/л. Он реагирует с кислородом до образования бензохинона.
На связывание 1 части кислорода необходимо, теоретически, 6,9 частей гидрохинона. Гидрохинон эффективно связывает растворенный кислород при низких температурах котловой воды и низких давлениях. Он летуч при высоких давлениях, при этом он не разлагается до аммиака, поэтому его можно применять в системах, содержащих медные конструкционные материалы.
7. Диэтилгидроксиламин (DEHA)
Летучий, обладающий свойствами пассиватора, поглотитель кислорода, который взаимодествует с кислородом по следующей реакции:
Теоретически, 1,24 части DEHA требуется для связывания 1 части кислорода, но на практике используют 3 части DEHA для поглощения 1 части кислорода.
Диэтилгидрокисламин имеет ряд преимуществ перед другими поглотителями кислорода. Он обладает более высоким значением летучести и металл-пассивирующими свойствами, чем сульфит, гидразин и эритробат. DEHA безопаснее, чем гидразин. Его требуется меньшие количества, чем эритробата и метилэтилкетоксима для связывания кислорода. По сравнению с другими реагентами для связывания кислорода, скорость реакции DEHA с кислородом значительно выше.
Катализированный сульфит натрия является одним из самых эффективных поглотителей кислорода при применении его в системах с низкими значениями давления. В то время как для систем с высоким давлением, лучшим является диэтилгидроксиламин.
Уже при 21ºС и при pH 8,5 DEHA снижает концентрацию растворенного кислорода с 9 до 4 мг/л за 10 минут, в том время как, карбогидразид, катализированный гидрохиноном, и эриторбат снизят содержание кислорода всего до 7 мг/л.
За 30 минут DEHA снизит концентрацию растворенного кислорода до 1 мг/л, в то время как другие поглотители – только до 6 мг/л.
Диэтилгидроксиламин способствует формированию прочной магнетитовой пленки, предохраняющей от коррозии стальные поверхности элементов оборудования и защищающий таким образом весь паро-конденсатный контур.
DEHA находит широкое применение при замене гидразингидратной обработки воды в котлах высокого давления.
Сравнительная таблица эффективности поглотителей кислорода
Поглотитель кислорода
Летучесть
Пассивирующие свойства
Увеличение солесодержания
Токсичность
Количество поглотителя для связывания 1 части O2