31.10.2016/№44

Над проблемой водоподготовки для химических и нефтехимических предприятий работают сотрудники ИОНХ.

Накипь в чайнике, ржавчина на инструментах на даче, плесень на продуктах. Со всеми этими нелицеприятными вещами мы сталкиваемся часто, но в мелком, бытовом масштабе. А теперь представим себе крупное нефтехимическое предприятие, где от тех же проблем страдают водооборотные циклы. Причем проблемы эти помножены за счет больших размеров поверхностей, контактирующих с водой.

 

Практически все предприятия химического и нефтехимического комплекса нуждаются в использовании воды. При этом в основном процессе она не участвует: водооборотные циклы (ВОЦ) служат для нагрева или охлаждения основного продукта в процессе его синтеза или переработки. Конкретная стадия производства требует своего температурного режима, отступать от которого нельзя.

 

ВОЦ обеспечивают работу таких значимых предприятий, как ОАО «Гродно Азот», ОАО «Нафтан», ОАО «Мозырьский НПЗ», OAO «Могилевхимволокно».

 

На каждом из них одновременно функционирует не менее четырех водоочистных циклов с суммарным объемом воды более 100 тыс. м3/ч и объемом подпитки более 1.000 м3/ч. Это огромные цифры.

 

Возвращаясь к понятному примеру с налетом в чайниках, легко провести аналогию и с ВОЦ. Причины возникновения отложений нужно искать в химических процессах, протекающих в системе, в накоплении нерастворимых частиц в системе и их отложении на стенках сосуда. Во время перепадов температур образуются соли жесткости, которые кристаллизуются и оседают на любой поверхности сосуда.

 

В водооборотных циклах на предприятиях под отложениями происходит коррозия, которая способствует быстрому разрушению материала труб ВОЦ, и активизируется рост микроорганизмов.

 

Последствия возникновения отложений одинаковы для всех ВОЦ. Резко ухудшается теплопередача, больше расходуется тепла, повышается нагрузка на насосы из-за забивки сечения и нарушается стабильность работы системы. Наблюдается также нарушение температурного режима основного процесса, которое не только отрицательно влияет на качество продукции предприятия, но может стать причиной производственной аварии.

 

Очевидно, что водооборотные циклы необходимо чистить. Для этого полностью останавливают производство и прокачивают через трубопроводы ВОЦ очищающие жидкости, обычно кислоту. В труднодоступных местах налет пытаются удалить механически. Однако чистыми трубы после такой процедуры остаются всего несколько месяцев. Поэтому встает вопрос о защите ВОЦ, предупреждении и ингибировании накипеобразования путем введения в воду веществ, которые препятствуют появлению солей, коррозии, размножению микроорганизмов.

 

Проблема в том, что просто добавить ингибитор в ВОЦ недостаточно. Необходимо учитывать состав, кислотность, щелочность, жесткость воды.

 

Реагенты для защиты ВОЦ вводятся в систему только при определенных показателях воды, иначе может быть достигнут обратный эффект. В связи с этим в мире разрабатывают и применяют комплексные программы стабилизационной обработки воды, включающие реагентный и контрольно-измерительный режимы. Реагентный режим заключается в использовании композиций для защиты водооборотных циклов, в которые входят ингибиторы накипеобразования и коррозии, биоциды и дисперсанты. Контрольно-измерительный режим автоматически регулирует дозы реагентов в зависимости от контролируемых параметров системы на специальном стенде и дозирующем оборудовании.

 

Использование комплексной программы стабилизационной обработки воды позволяет надолго (до 5 лет) избежать образования отложений солей даже при высоких степенях пресыщения раствора. Обычно кристаллы принимают форму кубиков, которые хорошо агрегируют и прикрепляются в виде плотных осаждений к стенкам труб и теплообменников. Молекулы ингибитора и дисперсанта адсорбируются на поверхности кристаллов и препятствуют их росту, благодаря чему частицы не агрегируют, остаются во взвешенном состоянии и не оседают на стенках оборудования. Биоциды взаимодействуют с клеточными мембранами микроорганизмов, вызывая распад клеток, а также предотвращают их скопление и рост.

 

При решении производственных проблем предприятий необходимо учитывать экологическую безопасность применяемых реагентов. В системе ВОЦ некоторая часть воды забирается (подпитка) и спускается (продувка) в водоемы. Качество воды, которая попадает в природные водоемы, регулируется международными природоохранными нормами. Так, раньше в качестве ингибиторов применялись цинксодержащие соединения, сейчас это запрещено. Ограничено применение фосфатов, так как их присутствие в воде вызывает эвтрофикацию (зарастание) водоемов.

 

Таким образом, квалифицированно разработанная и грамотно реализованная комплексная программа стабилизационной обработки воды позволяет избежать или в значительной степени снизить остроту проблем, связанных с эксплуатацией ВОЦ, обеспечить устойчивую работу производства без простоя оборудования и его чистки в течение нескольких лет. Плюс к этому снижается расход воды и повышается срок службы оборудования.

 

Над проблемой водоподготовки для химических и нефтехимических предприятий в течение последних лет работают сотрудники лаборатории полимерсодержащих дисперсных систем Института общей и неорганической химии НАН Беларуси (ИОНХ). Много внимания уделяется научным исследованиям процессов кристаллизации солей жесткости и влияния на эти процессы химических соединений различных классов и их композиций.

 

В лаборатории используется уникальное оборудование, моделирующее работу водооборотного цикла в динамических условиях. «Принцип действия прибора заключается в циркуляции воды определенного состава в контуре при заданной температуре. При повышении температуры в капиллярном контуре образуются соли жесткости, накипь, которая оседает на стенках капилляров, что приводит к скачкообразному изменению дифференциального давления. Чем больше интервал времени до скачка давления, тем более эффективно ингибирующее действие реагента. На приборе можно моделировать условия конкретных ВОЦ предприятий и сравнивать эффективность ингибиторов», – пояснила заведующая лабораторией доктор химических наук Елена Воробьева (на фото).

 

На основании результатов выполненных научных исследований реализованы проекты – моделирование водооборотного цикла и разработка реагентной программы для ОАО «Завод горного воска», ОАО «Полоцк-Стекловолокно», входящих в концерн «Белнефтехим». Внедренные в производство программы стабилизационной обработки воды с использованием разработанного в ИОНХ в рамках ГНТП «Химические технологии и производства», подпрограмма «Научно-техническое обеспечение нефтяной и химической промышленности», ингибитора «КИН», показали высокую эффективность и позволили увеличить интервал защиты ВОЦ до 3 лет.

 

Разработанная и запатентованная композиция реагентов «КИН», препятствующая образованию кристаллов, производится ОАО «Завод горного воска» как для собственного применения, так и на продажу. Композиция основана на полимерах. От фосфатов их отличают свойства дисперсантов. А их функция такова, что полимер адсорбируется на поверхности уже зародившихся кристаллов, препятствуя их росту, причем для осуществления механизма ингибирования требуется очень малое количество полимера (сотые доли процента). В результате получившаяся очень мелкая взвесь из нерастворимых солей жесткости не закрепляется на стенках, а выносится за пределы ВОЦ в процессе продувки. Экологии при этом урон не наносится – полимеры не входят в число запрещенных объектов для сброса в водоемы.

 

На заводе горного воска организован своего рода «демонстрационный центр», где можно увидеть, как действует разработка химиков ИОНХ в реальных условиях, на заводских теплообменниках.

 

Нельзя сказать, что создав и запатентовав успешную для завода композицию, ученые ответили на вопрос, как защитить водооборотные циклы на других предприятиях. Ведь факторов, влияющих на успех, много. Поэтому так ненадежно фактически вслепую приобретать для этих нужд импортные реагенты. «Лечение» должно подбираться индивидуально и в комплексе. Такая возможность в условиях Беларуси уже появилась, и реализуется она в виде полного цикла разработки академическими химиками.