Разработка комплекса экологически безопасных методов борьбы с коррозией

Акользина, Алла Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка комплекса экологически безопасных методов борьбы с коррозией
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Разработка комплекса экологически безопасных методов борьбы с коррозией"

На правах рукописи

АКОЛЬЗИНА АЛЛА ВИКТОРОВНА

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ МЕТОДОВ БОРЬБЫ С КОРРОЗИЕЙ (НА ПРИМЕРЕ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛО- И ВОДОСНАБЖЕНИЯ)

25.0036-геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2004

Работа выполнена в Государственном университете по землеустройству и Институте физической химии РАН, Москва, Россия

Научный руководитель:

доктор географических наук, профессор Бухгалтер Лев Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ефремычев Владимир Александрович

доктор технических наук, профессор Гусева Татьяна Валсриановна

Ведущая организация:

ОАО «Объединение ВНИПИЭнергопром»

Зашита состоится на заседании

диссертационного совета Д 220.625 01 при Государственном университете по

землеустройству. 105064, Москва, ул. Казакова, 15, Государственный университет по землеустройству.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного университета по землеустройству.

Автореферат разделан nff.it

Актуальность темы. Трубопроводные системы - неотъемлемая часть инфраструктуры урбанизированных и сельскохозяйственных территорий. Вместе с тем, по ряду причин из всей массы металлоконструкций и систем жизнеобеспечения именно трубопроводные системы, в первую очередь - трубопроводы горячего водоснабжения (ГВС) и теплоснабжения (ТС) - наиболее подвержены интенсивной коррозии. Как известно, коррозия приводит к загрязнению источников водоснабжения является основной причиной нарушения герметичности трубопроводов, что в свою очередь, вызывает значительные экологические последствия как для здоровья человека, так и для экосистем.

Традиционные методы защиты металлоконструкций от различных видов коррозии -использование ингибиторов, защитных покрытий и т.д. - часто не пригодны для предупреждения коррозии трубопроводов ГВС и ТС, в частности - из-за экологической небезопасности и нетехнологичности. Поэтому представленная работа, в которой сделана попытка экологически приемлемого решения проблемы противокоррозионной зашиты подземных трубопроводов, важна и актуальна.

Цель работы - разработать комплекс экологически безопасных методов борьбы с коррозией внутренних поверхностей труб подземных теплопроводов и трубопроводов ГВС и ее последствий.

Основные задачи:

- разработка эффективных, экологически безопасных способов предупреждения коррозии (в том числе - микробиологической) теплотрасс и трубопроводов ГВС в реальных условиях эксплуатации;

- создание практических подходов к выбору наиболее эффективных средств противокоррозионной защиты в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

Объектом исследования являлись сети ТС и ГВС ряда регионов страны: Москвы, Московской, Тамбовской, Псковской и др. областей.

Методы исследования. Разнообразие проявлений коррозии и методов противокоррозионной защиты требует использования широкой гаммы физических, физико-химических, микробиологических и др. методов исследования. В работе, в частности, использовались методы поляризационного сопротивления, потенциостатистических измерений, гравиметрический, ИК-спектроскопии, металлографии, предельных разведений, прямого счета, химического качественного и количественного анализа и др.

Научную новизну работы составляют:

- обоснование до сих пор неиспользованные возможностей непр^цтртчеаги»

пленкообразователей - гидроксида кальция, силиката

БИБЛИОТЕК

О»

безопасных агентов, обеспечивающих защиту стали от коррозии, улучшающих органо-лептические свойства воды;

- выбор оптимальных режимов бактерицидной обработки водных сред физическими методами: УФ облучением, магнитными полями;

- объяснение особенностей механизма действия сильных неорганических окислителей, способствующего подавлению различных форм коррозии;

- исследование выявленного эффекта экологически безопасной электрохимической обработки воды с целью снижения коррозионной агрессивности водной среды и уменьшения количества отложений;

- разработка принципиально нового метода защиты стали от микробиологической коррозии путем создания на поверхности металла под действием водных растворов ингибиторов защитных неорганических пленок, непроницаемых для бактерий.

Практическая ценность работы заключается в нахождении рационального решения практической задачи противокоррозионной защиты трубопроводов — решения, основанного на комплексном экологически безопасном физико-химическом и физическом подходе к предупреждению коррозии стали в воде питьевых кондиций. Результаты работы нашли применение на ряде энергетических и жилищно-коммунальных предприятий.

Апробация работы. Работа в целом и отдельные ее части докладывались на III научно-технической конференции по электрохимии, коррозии и защите металлов в неводных и смешанных растворителях (г. Тамбов, 1982г), Ш национальной научно-технической конференции «Коррозия и защита от коррозии 82» (Болгария, г. Варна, 1982), XI Пермской конференции '«Коррозия и защита от коррозию) (Пермь, 1983), VII Межвузовском научно-практическом семинаре «Проблемы экологии и природопользования Московской области» (г. Москва, 2003г.), Международный научно-технический конференции «Антикор-Гальваносервис» (г. Москва, 2003г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ в ведущих отечественных журналах, сборниках , материалах Международных, Всесоюзных, Российских конференций и семинаров.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов (заключения), списка литературы из 107 наименований. Общий объем работы 137 страницы, в т.ч. 130 страниц основного текста, 25 рисунков, 21 таблицы, 7 страниц библиографии.

Положения, выносимые на защиту:

- разработка и практическое использование методов защиты от различных видов коррозии с помощью экологически безопасных неорганических пленкообразователей;

- исследование экологических аспектов и эффективности действия неорганических пероксидных соединений в качестве ингибиторов коррозии стали в водных средах;

- создание и применение экологически безопасных методов подавления жизнедеятельности коррозионно-активных микроорганизмов, основанных на физическом воздействии на водную среду: обработке магнитным полем, воздействии ультрафиолетового (УФ) излучения;

- разработка способа электрохимической обработки воды в качестве одного из методов подавления микробиологической составляющей коррозионного процесса.

Личный вклад автора. Автор принимал участие во всех этапах исследования, а именно: в планировании работ, сборе и обработке литературной и др. научно-технической информации, разработке и апробации методик исследования, проведении лабораторных и опытно-промышленных испытаний, выполнении измерений, обработке и практическом внедрении результатов.

ГЛАВА 1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящее время централизованные системы горячего водоснабжения имеют 1052 города России и 1785 поселков городского типа. Почти 2/3 из них (64%) имеют также централизованные системы теплоснабжения. Общая протяженность трубопроводов сетей ГВС и ТС составляет (2002г.) 434 тыс. км. Повреждаемость трубопроводов, вызванная коррозионными разрушениями труб, к сожалению, растет прогрессивными темпами. Если в начале 90-х годов происходило 15-20 аварий на 100 км сетей в год, то в 2000г. этот показатель превысил цифру 200 аварий в год. Рост аварийности трубопроводов тепловых сетей Мосэнерго иллюстрируется рис.1. Следует иметь в виду, что аварии на трубопроводах не просто нарушают нормальную подачу горячей воды и тепла. Аварии приводят к тяжелым экологическим последствиям, в первую очередь - геоэкологическим, так как ~ 97% всей трубопроводной сети проложены под землей, в канале или грунте. Собственно, существующее положение дел и привело к необходимости разработки и поиска экологически безопасных комплексных решений по защите от коррозии трубопроводов ГВС и ТС.

Эксперименты и внедрение результатов работы проводились на объектах энергетики и жилищно-коммунального хозяйства Северо-Запада России (Псковская область) и Центрального региона.

7000-

.6000 lax»

§4000

gttOOi-

§2000

^1000 0.

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1993

Год

Рис.1. Повреждаемость трубопроводов тепловых сетей Мосэнерго

Для исследования коррозии, эффективности защитного действия средств противокоррозионной защиты, экологических аспектов протекания и последствий коррозии в лабораторных и эксплуатационных условиях, в работе использовались физико-химические (поляризационного сопротивления, ИК-спектроскопия и др.), физические (гравиметрия, металлография, оптические) и химические методы (качественный и количественный анализ). Микробиологическая коррозия трубопроводов ГВС и ТС изучались специфическими методами прямого счета и предельных разведений.

ГЛАВА 2. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТЕРРИТОРИИ РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ, Производственные испытания, эксперименты в эксплуатационных условиях, практическое применение результатов работы и отдельных ее частей проводились в ряде регионов Российской Федерации. Однако целостная концепция оценки экологической безопасности и эффективности методов защиты от коррозии трубопроводов ГВС и ТС была впервые опробована и применена нами на объектах Псковской области, конкретно - г. Пскова. На трубопроводах МУП «Псковские тепловые сети» успешно используется созданная нами постоянно действующая система мониторинга процессов теплового и химического загрязнения. В главе 2 рассмотрены геоэкологические условия территории г. Пскова, принципиально важные для функционирования системы мониторинга.

ГЛАВА 3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ БОРЬБЫ С КОРРОЗИЕЙ Одной из специфических форм коррозии трубопроводов является микробиологическая коррозия. Этот вид коррозии теплоэнергетического оборудования, в первую очередь - трубопроводов ТС и ГВС - серьезно стал рассматриваться лишь в

последнее время. До этого специфические формы коррозии, вызванные жизнедеятельностью микроорганизмов, приписывались действию других факторов. Попыти Гборьбы с такими видами коррозии традиционными способами не давали положительных результатов, а в ряде случаев усугубляли проблему.

В технологических средах теплоэнергетических объектов микробиологическим анализом обнаружены коррозионно-активные организмы нескольких физиологических групп. Наибольшую опасность для объектов энергетики и жилищно-коммунального хозяйства представляют нитрифицирующие бактерии, развивающиеся в симбиозе с азотфиксирующими, и железобактерии.

Азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии

Результатом симбиоза азотфиксирующих и нитрифицирующих бактерий может являться образование нитритов, азотной кислоты, нитратов и, как следствие, снижение рН среды и увеличение скорости коррозии. Такому виду коррозии подвержено, как правило, оборудование систем водоснабжения и котельных, работающее в контакте с природными водами.

Различные азотфиксирующие бактерии способны связывать атмосферный азот как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Результатом является образование соединений связанного азота: вначале аммиака или аммиачных солей, а затем кислородсодержащих соединений азота.

Бактерии, способные окислять аммиак и аммонийные соли в нитраты и нитриты, называются нитрификаторами. Различают две фазы нитрификации: первая фаза - окисление -аммиака в ширит; вторая фаза - после исчерпывания аммония и аммиака в среде -окисление нитритов до нитратов.

Превращение аммония в окисленные соединения подчиняется определенным термодинамическим закономерностям. Соответствующие уравнения могут быть записаны в следующем виде:

А7// +Я26> = NH/JH + /Г; HNOi = NOi~ + Я*; ЛЯ/ +Ж,0 -ЛОГ+ 8ГГ +6е ; NOi'+НзО = ЛОГ+ 2tT +2е ; Oj + 4H* +4е = 2Н20

2NHS +30} « 2NOf+ 2Н]0 +4НГ N02~+H20 - NO,~+ 2Н~ +2е ; О] + 4Н* +4е ■ 2HJO

ЛОГ+ 02 + 4Н*+2е - ЛОГ+ 2!Г + Н20;

Деятельность нитрифицирующих бактерий, попадающих в почву при коррозионных разрушениях трубопроводов, приводит к негативным экологическим последствиям, особенно неблагоприятным для почв сельской местности. Подкисление почвы, в случае природных кислых почв, типа подзолов и дерново-подзолистых, имеющих к тому же низкую буферность и низкое содержание основных катионов, сопровождается появлением в почвенном растворе свободных ионов А13+. Эти ионы очень вредны для тонких корневых волосков, которые отмирают даже при незначительном увеличении содержания алюминия. Кроме того, при снижении величин рН в почве, многие тяжелые металлы, такие как свинец, кадмий, ртуть, цинк, медь и другие, переходят в растворимые формы, что усиливает их токсическое воздействие, неприемлемое с точки зрения геоэкологии, особенно в отношении земель сельскохозяйственного назначения.

Железобактерии

Осаждение железа из воды происходит преимущественно биогенным путем при участии автотрофных и гетеротрофных микроорганизмов. Первые из них, такие как ОаШопеПа, ЬерЬШпх осЪгасеае, 81сЬгососсш и др., окисляют закисные соли железа до гидроксида железа (Ш), используя выделяющуюся энергию для ассимиляции углекислоты. Характерным для этой группы микроорганизмов является высокая интенсивность процесса образования гидроксида железа в количестве, многократно превышающем биомассу протоплазмы бактериальных клеток.

Железобактерии - аэробные микроорганизмы, развиваются в среде, содержащей растворенный кислород. Для жизнедеятельности железобактерии используют энергию, высвобождающуюся при реакции окисления закисного железа в окисное: 2РеСО} + ЗН20 +¡/20} = 2Ре(ОН)}+ 2С02 В результате этого процесса масса гидроокиси железа Ре(ОН)з ассимилируется клеткой или осаждается на ее поверхности. Эти бактерии широко распространены в природе. Они не требуют для своего развития органических веществ. Источником углерода для них служит растворенная в воде углекислота.

Анализ эксплуатационных данных и результаты лабораторных исследований позволили создать теорию аэробной коррозии с участием железобактерий, которая сводится к следующим положениям:

1. Образование дифференциально аэрируемых ячеек путем изменения концентрации кислорода в инфицированном месте. Далее эта ячейка может развиваться при участии бактерий и без них.

2. Механическое укрепление каверны благодаря волокнистой структуре нитчатых железобактерий.

3. Каталитическое окисление ионов Fe2* и, следовательно, быстрое осаждение гидроксида железа (III), которое далее усиливает анаэробные условия на анодном участке и, таким образом, увеличивает разность потенциалов между поверхностью железа под каверной и вне ее. При этом скорость коррозии значительно увеличивается.

Что же касается особенностей протекания именно микробиологической коррозии труб трубопроводов ГВС и ТС, то к ним (особенностям) относятся: постоянное движение (обновление) водной среды, бесперебойно обеспечивающее литотрофные бактерии питательными веществами; одновременно существующие в трубе аэробные (в общей массе теплоносителя) и анаэробные (у поверхности трубы, под слоем отложений) условия, обеспечивающие сосуществование в трубопроводе микроорганизмов различных физиологических групп; колебание температурных режимов.

Сочетание всех вышеупомянутых факторов приводит к тому, что проявляется микробиологическая коррозия трубопроводов не так, как традиционная электрохимическая. Отличия сказываются на характере и распределении повреждений труб, на характере образования, распределения и химическом составе отложений и продуктов коррозии внутри трубы, на скорости коррозии и экологических последствиях для почв, водоемов, живых организмов.

Основным методом борьбы с микробиологической коррозией трубопроводов, контактирующих с водными средами, является дозирование биоцидов - ингибиторов биоповреждений.

Комплексные соединения меди с различными органическими кислотами (щавелевой, пировиноградной, кетоглутаровой, яблочной, винной, лимонной), обладают биоцидностью, как и ионы меди. Для ингибирования бактериальной коррозии трубопроводов, стимулируемой культурами анаэробных бактерий и подавления жизнедеятельности последних, разработаны методы защиты с применением ингибиторов-бактерицидов из класса нитропарафинов, селеносодержащие би- и тетрациклические органические соединения, вводимые в интервале концентраций 0,1.. .0,2 г/л.

Эффективную защиту водоохлаждающих систем от биоповреждений обеспечивает смешанный цинк-хромат-фосфатный ингибитор коррозии.

В ряде случаев используется введение в воду таких токсичных веществ, как сульфат меди, пентахлорфенолят или динитроортокрезолят натрия, оловоорганические полимеры.

Микробиологическая коррозия трубопроводов и используемые в настоящее время методы защиты от нее приводят к ряду экологических проблем. В частности, микробиологическая коррозия, приводящая, в первую очередь, к локальному разрушению металла труб, вызывает образование сквозных повреждений трубопровода: свищей, разрывов, трещин. В случае трубопроводов ГВС и ТС это приводит к выбросу горячей воды в почву. Тепловое загрязнение почв и водоемов наносит такой же ущерб окружающей среде, как увеличение концентрации тяжелых металлов (например, повышение на 8...10°С естественной фоновой температуры сопоставимо с повышением концентрации тяжелых металлов в той же среде в 7...8 раз). Повышение же температуры почвы до 80 . 82°С (что происходит при разрыве трубопровода ГВС или ТС в результате микробиологической коррозии), губительно для микрофлоры и регенеративных и продуктивных способностей почвы, причем негативный эффект проявляется даже спустя 10... 12 лет в радиусе до 600 м от места разрыва. Напомним, что практически в 50 % случаев коррозионного разрушения трубопроводов повинны бактерии

Неоправданное и экологически безграмотное применение средств защиты от микробиологической коррозии также приводит к негативным последствиям. Безусловно, применение многих современных средств защиты от микробиологической коррозии стальных труб в водных средах отвергнут даже те, кто далек от экологии К таким средствам относятся, например, соли тяжелых металлов, соединения свинца, меди, хлорорганические соединения. Эти вещества весьма эффективно подавляют микробиологическую коррозию, но недопустимы к применению в трубопроводах хозяйственно-бытового водоснабжения.

Таким образом, используемые в настоящее время биоцидные реагенты, решая проблему микробиологической коррозии в водных средах, создают серьезную угрозу для экологии почв, водоемов и, в конечном итоге, безопасности жизнедеятельности человека

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ КОРРОЗИИ

Как уже отмечалось, экологические воздействия на биосферу оказывают трубопроводы ГВС и ТС, имеющие повреждения.

Для защиты трубопроводов от коррозионных разрушений нами разработаны экологически приемлемые химические, физические и физико-химические методы предотвращения коррозии. Одним из них является применение растворов гидроксида кальция. Предварительные эксперименты по определению эффективности и особенностей

поведения углеродистой стали в растворах Са(ОН)г и ингибиторные свойства последнего проводились с раствором Са(ОН)г различных концентраций при температуре 298 К.

Для установления оптимальных защитных концентраций растворов гидроксида кальция использовались растворы с концентрациями: 0,08; 0,15; 0,22; 0,35; 0,43; 0,70; 0,76; 1,04; 1,40 1,55 г/л. Эксперименты по определению защитного действия проводились в течепие 720 часов в отношении углеродистой стали 20 - одного из основных конструкционных материалов теплоэнергетического оборудования. Коррозионное поведение и скорость коррозии стали в растворах определялись методами поляризационного сопротивления и гравиметрически.

На рис.2 представлена зависимость показателя скорости коррозии К стали 20 от концентрации раствора Са(ОН)2 для разных промежутков времени г с момента начала эксперимента (в ч) : 196,364, 530,699.

Данные, представленные на рис.2, позволяют определить защитные концентрации в отношении углеродистой стали. Для всех промежутков времени, при концентрациях растворов 0,6 г/л и выше, достигается полная защита стали от

коррозии, о чем свидетельствует величина показателя скорости коррозии 0,001 г/м2*час и ниже. Для практических целей оптимальными следует считать более высокие концентрации , то есть, например, концентрации 0,7 г/л и выше.

Растворы Са(ОН)г гораздо более эффективно ингибируют коррозию углеродистой стали, чем растворы NaOH. Показатель К скорости коррозии стали 20 в растворах всех концентраций Са(ОН)г меньше, а удельное поляризационное сопротивление гп больше, чем в растворах NaOH. В некоторых случаях скорость коррозии в растворах Са(ОН)2 носила затухающий характер и была в 10 и более раз ниже, чем в растворах NaOH.

Нами установлено, что механизм ингибирования коррозии гидроксидом кальция включает два типа защиты: первый тип обусловлен пассивирующим действием среды, содержащей ионы ОН" (по типу действия NaOH), при этом Са(ОН)2 проявляет себя как ингибитор коррозии анодного характера.

Второй тип защитного действия Са(ОН)2 основывается на взаимоде й€аГ©Ы)и с продуктами коррозии с образованием на поверхности стали защитной пленки. Защитная пленка формируется не только на анодных, но и на катодных участках микрогальванического элемента. Таким образом, Са(ОН)г, в соответствии со вторым типом защитного действия, может быть отнесен к ингибиторам коррозии смешанного характера.

К10? г/Час м-

О.¡28- • 0,24-- »

0.20-0.16-0.12 -0.06 0,04 ■"

2 4

.а.

О 0,4 0,8 1,2 1,в

2,0 Са(ОН)2. г/л

Рис.2. Зависимость показателя скорости коррозии К стали 20 от концентрации раствора гидроксида Са(ОН)г кальция для разных промежутков времени с момента

Приведенные в диссертации физико-химические (термодинамические и электрохимические) расчеты подтверждают пленкообразующее действие гидроксида кальция на сталь.

Еще одним эффективным и экологически безопасным ингибитором коррозии, из числа разработанных и исследованных нами, является силикат натрия.

На рис.3 представлены графики зависимости величины удельного поляризационного сопротивления от времени контакта стали с растворами силиката натрия, имеющего модули 1,2 и 3. Во всех опытах концентрация силиката натрия составляла 400 мг/л БЮг! а рН равпялись соответственно 9,5; 9,1 и 8,3. Из приведенных данных видно, что в первые сутки контакта стали со средой наблюдается заметная коррозия во всех трех растворах, о чем свидетельствуют низкие значения причем оказалось, что последние находятся в обратной зависимости от величины рН и прямой - от модуля силиката натрия.

Последующие эксперименты показали, что со временем (после 20...22 суток) картина защитного действия силикатов патрия меняется. Наиболее эффективным замедлителем коррозии становится силикат патрия с модулем 3: наименее - с модулем 1. Защитные свойства силиката натрия с модулем 2 занимают промежуточное место в этом ряду.

начала эксперимента: 1 —196 ч; 2 -364 ч; 3- 530 ч; 4 - 699 ч.

Рис.3. Зависимость удельного поляризационного сопротивления г„. от временит воздействия на сталь растворов силиката натрия с различными значениями модуля: 1 -модуль 1 (рН=9,5), 2 - модуль 2 (рН=9,1), 3 - модуль 3 (рН=8,3)

Представляло интерес выяснение природы и получение информации о характере формирования на поверхности стали защитного слоя при взаимодействии силиката натрия и соединений железа: Ре(ОН)2, Ре(ОН)з, РезО«! РегОз и РеО, характерных для внутренней поверхности трубопроводов ГВС и ТС. Такие соединения могут получаться как при эксплуатации трубопровода, так и при нахождении его в резерве.

Результаты экспериментов свидетельствуют об образовании на поверхности стали ферросиликатных комплексов (защитные пленки) вследствие взаимодействия силиката с соединениями Fe(II). Таким образом, силикат натрия также является пленкообразующим ингибитором смешанного характера действия. Прямое доказательство существования комплексов было получено методами ИК-спектроскопии и с помощью дифрактометра.

С точки зрения подхода к комплексному решению проблемы эффективной защиты трубопроводов от коррозии и обеспечения геоэкологической безопасности, большой интерес представляет попытка использования пероксидных соединений. С одной стороны, эти вещества допущены до применения в водах хозяйственно-бытового назначения, с другой -априори должны являться мощными противокоррозионными агентами в силу явно выраженных пассивирующих свойств в отношении стали. Кроме того, можно было

предположить сильное биоцидное действие пероксидных соединений, обусловленное их окислительными свойствами.

Из существующей номенклатуры пероксидных соединений были выбраны и исследованы пербораты и перфосфаты (щелочных металлов). Выбор перборатов и перфосфатов обусловлен их дешевизной, безвредностью для человека и окружающей среды, доступностью. Кроме того, эти соединения не оказывают отрицательного влияния на эксплуатационные свойства технологических сред, в частности - на образование накипей и отложений. Возможными путями уменьшения электрохимической и микробиологической коррозии пероксидными соединениями являются:

1. Биоцидное действие, основанное на окислительной способности активного кислорода по отношению к оргапическим соединениям и бактериям;

2. Повышение рН среды до уровня, создающего возможность формирования на стали пассивных противокоррозионных пленок;

3. Окисление соединений железа (II) до железа (III), что для некоторых бактерий (например, Tiobacillus ferrooxiclans) равнозначно лишению источника питания, а для стали -приводит к образованию барьерных защитных пленок.

Рассмотрим особенности ингибиторного действия пероксидных соединений на примере использования перфосфата калия. Исследование возможности защиты углеродистой стали от коррозии дозированием в питательные среды перфосфата калия представляло особый интерес в связи с предположением о возможности образования на стали фосфатных пленок, т.е. фосфатированием поверхности стали. Нами было изучено защитное действие перфосфата калия при концентрациях его в водных теплоносителях (содержащих и не содержащих микроорганизмы) 0,10; 0,20; 0,50; 1,00; 1,50 г/л. Эксперименты проводились в течение 72 часов при температуре 70 ± 1,0°С. Скорость коррозии стали определялась методом поляризационного сопротивления. Ограничение диапазона исследованных концентраций величиной 1,50 г/л обусловлено тем, что при больших концентрациях пероксщщые соединения, подавляя жизнедеятельность микроорганизмов, тем не менее усиливают протекание коррозии (как было установлено нами в предварительных экспериментах).

На рис.4 приведены зависимости удельного поляризационного сопротивления стали 20 от времени в воде, содержащей перфосфаты калия. Полученные данные указывают па то, что защитными концентрациями перфосфата являются 1,00... 1,50 г/л. При этом следует отметить, что при концентрации перфосфата калия 1,00 г/л, наибольший защитный эффект проявляется первые 40...45 часов с момента начала экспериментов (рис.4 кривая 4). После

этого периода в воде с таким содержанием перфосфата калия коррозия интенсифицируется и к концу эксперимента (продолжительностью 72 часа) становится наибольшей, по сравнению с остальными исследованными средами.

Понижение концентрации перфосфата калия в растворе приводит к тому, что фосфатная пленка, как было установлено металлографическими исследованиями, занимает не всю поверхность стального электрода, а несколько меньшую часть. Так как общая величина коррозионного тока микрогальванического элемента остается постоянной, но приходится на значительно сократившуюся площадь анодных участков (часть их покрыта фосфатной пленкой), то на незащищенных анодных участках происходит увеличение плотности тока, что приводит к резкой интенсификации коррозионных процессов и образованию глубоких питтингов.

О 10 20 30 40 50 И !0 ' 'час

Рис.4. Зависимость удельного поляризационного сопротивления гп стали 20 от времени т в водных средах, содержащих 0,10...1,50 г/л перфосфата калия: 1-0,10 г/л; 2 -0,20 г/л; 3 - 0,50 г/л;4 -1,00 г/л; 5-1,50 г/л.

Из полученных результатов можно сделать следующие выводы: для предупреждения коррозии стали 20, в том числе под действием бактерий эффективно дозирование в среду перфосфата калия в концентрации 1,00... 1,50 г/л. При этом концентрация 1,00 г/л обеспечивает снижение скорости коррозии в течение первых 40...45 часов, после чего скорость коррозии повышается. Дозирование 1,50 г/л перфосфата калия, напротив, имеет

наибольшую эффективность после 50 часов с момента начала контакта стали со средой. Защитные свойства перфосфата калия в этом случае имеют тенденцию к увеличению во времени.

С точки зрения экологии идеальными являются методы защиты от коррозии, не связанные с дозированием в воду химических веществ, например, разработанные и оптимизированные нами физические (воздействие ультрафиолетового (УФ) излучения, магнитного поля) и электрохимические способы обработки воды систем ГВС и ТС.

Для снижения скорости микробиологической коррозии подземных трубопроводов ТС и ГВС нами был разработан и применен метод обработки сетевой воды электромагнитным излучением ультрафиолетового диапазона с длиной волны менее 300 нм. Нами изучалась влияние УФ облучения на коррозионную агрессивность и микробиологический состав основных типов вод тепло- и водоснабжения. Скорость коррозии стали в облученных водах оценивалась методом поляризационного сопротивления и гравиметрически.

В табл.1 представлены величины и К стали 20 в различных водах в конце эксперимента, а также значения оптической плотности вод, определяющейся в ультрафиолетовой области при длине волны 260 нм. Как следует из табл.1, в облученных пробах вод величина выше, чем в иеоблученных, что свидетельствует об уменьшении скорости коррозии в облученных водах. Оптическая плотность вод при облучении снижалась.

Таблица 1. Значение удельного поляризационного сопротивления гю скорости коррозии К и оптической плотности О проб вод в момент окончания УФ облучения

Показатель Вода тепловых сетей Вода сетей ГВС

необлученная облученная необлученная облученная

г„, Ом см"1 2520 4480 2535 3180

К, г/м^-час 0,408 0,355 0,423 0,382

0,295 0,180 0,255 0,095

Результаты микробиологического анализа проб, отобранных в конце эксперимента, представлены в табл. 2. Полученные результаты показывают, что обработка воды, используемой в системах водоснабжения и теплосетях, УФ излучением приводит к повышению удельного поляризационного сопротивления и снижению скорости коррозии стали.

Таблица 2. Состав микрофлоры в необлученных и облученных УФ пробах воды (число бактерий на 1 мл) ++ значительное количество; + мало; +- единичные представители; - отсутствуют

Микроорганизмы Вода тепловых сетей Вода сетей ГВС

необлученные облученные необлученные облученные

Сапрофитные 1,4-Ю3 1,8 -Ю1 3,9 '104 8,4-Ю"1

Железобактерии 0,3 -Ю" 0,4-10" 0,2 -Ю" 0,2 -Ю*

Азотфиксирующие (аэробные) -н- + ++ +

Нитрифицирующие 1-й фазы - -

Нитрифицирующие 2-й фазы +- - +- -

Сульфат-редуцируюшие +- +- -

Тионовые ТЪ. Лтрапв + +- + +

Тионовые ТЬлЫоохккпз * +- +-

Влияние магнитного поля на бактерии

С целью определения влияния электромагнитного поля (ЭМП) на коррозиошю-активные микроорганизмы и, следовательно, на процесс микробиологической коррозии, нами были поставлены серии экспериментов в лабораторных условиях (с чистой культурой бактерии Т. feггooxidans) и в натурных условия, на сетях теплоснабжения г. Пскова. Эксперименты проводились при напряженности магнитного поля 4000...20000 Э. Скорость движения среды в зазоре магаитопровода составляла 0,5 м/с.

В табл. 3 представлены результаты определения величины показателя скорости коррозии стали 20 в обработанных и необработанных ЭМП средах.

Полученные результаты показывают, что наибольший бактерицидный эффект достигается обработкой сред ЭМП с напряженностью 4000...8000 Э.

Результаты полученные методом поляризационного сопротивления, тоже подтверждают наибольшую эффективность бактерицидной обработки культуральных жидкостей ЭМП с напряженностью 4000...8000 Э.

Натурные эксперименты на объектах ГВС и трубопроводах теплоснабжения также подтвердили, что оптимум бактерицидного действия соответствует напряженности магнитного поля 4000...8000 Э. При меньших напряженностях воздействие ЭМП малоэффективно. Увеличение скорости коррозии при напряженностях более 8000 Э может

быть объяснено следующим образом: одноразовое электромагнитное облучение оказывает бактерицидное действие на большую часть клеток, но оставшиеся микроорганизмы, с избытком обеспеченные питательными веществами, размножаются значительно быстрее, чем общая масса бактерий до обработки ЭМП. Это приводит к последующей интенсификации коррозионных процессов.

Таблица 3. Зависимость показателя скорости коррозии К стали 20 от времени г в обработанных и необработанных ЭМП средах

Среда Напряженность магнитного поля, Э Показатель скорости коррозии К (г/млчас ) за время , т час

24 48 72

Питательная среда 0 0,545 0,430 0,522

Культуральная жидкость 0 4,789 2,891 1,717

Культуральная жидкость 4000 2,486 - 1,834 1,380

Культуральная жидкость 8000 2,489 1,749 1,318

Культуральная жидкость 12000 2,661 1,953 1,406

Культуральная жидкость 16000 2,519 1,927 2,252

Культуральная жидкость 20000 4,208 3,636 3,069

В качестве эффективного и экологически безопасного метода подготовки воды для систем ТС и ГВС нами разработана и используется электрохимическая безреагентная обработка сетевой воды. Метод используется для уменьшепия коррозии, накипеобразования, снижения количества отложений на внутренней поверхности труб и теплообменников, обескислороживания воды. Этот способ имеет ряд положительных отличий от других способов безреагентного воздействия на сетевую воду- магнитного, ультразвукового, акустического, в основе которых лежит образование центров кристаллизации накипеобразующих солей в объеме обрабатываемой воды.

Электрохимический же способ, помимо - сходного физического, оказывает также химическое воздействие на водную среду. В прикатодной зоне происходит подщелачивание воды в результате кислородной деполяризации:

0,+2Н20+4ё-+401Т

Последующие химические реакции приводят к выделению из водной среды монокристаллов карбоната кальция:

01Г+НС0)-<-> НгО +С0/

Аналогично происходит выделение других накипеобразующих солей - железа, магния

и т.д.

Еще одним достоинством электрохимического способа является то, что, в отличие от других безреагентных способов, он не только генерирует образование микрокристаллов иакипеобразующих солей, несущих положительный заряд, но и осаждает их в аппарате на катодном электроде, т.е. выполняет роль электрофильтра.

Представляло практический интерес выявление влияния электрохимического способа обработки воды на жизнедеятельность и численность коррозионно-активных микроорганизмов в трубопроводах ГВС и ТС.

Эксперименты проводились в условиях эксплуатации реальных сетей ГВС при работе аппаратов электрохимической обработки воды и без них на участках от ЦТП до потребителя. Определялось количество ЖБ и СРБ (термофильные штаммы) в отложениях на внутренних поверхностях труб. Определение проводилось во время остановов и ремонтов сетей; использовались методы прямого счета, либо рутинные способы высева бактерий на соответствующие питательные среды. Аппараты электрохимической обработки воды типа АЭА-Т-25 были установлены на ЦТП.

В табл. 4 представлены усредненные результаты определения количества железобактерий (ОаШопе11а) и сульфатредуцирующих бактерий (ТЬ. Геггоох1ёаш) в отложениях на трубах после 10 месяцев эксплуатации трассы из новых труб в отсутствии электрохимической обработки воды.

Таблица 4. Количество бактерий (кл/см3 отложений) на внутренней поверхности труб трубопровода ГВС (без электрохимической обработки воды)

Вид бактерий (термофильные штаммы) Место отбора проб

На выходе из ЦТП Зона сварных швов Ввод в'дом (210 мот ЦТП)

Сульфатредуцирующие ТЬ. Реггосш(1ап$ 1,2-101 1,3-101 1,9-10"*

Железобактерии СаШопеНа 6,0-10' 1,2-Ю2 9,0 102

Толщина слоя отложений составляла 2,5...5,2 мм. Следует отметить, что скопления ЖБ отмечались, в первую очередь в питтингах, образующихся в зонах сварных швов. Питтинги заполнены темно-коричневыми (вплоть до черного) отложениями соединений железа с бактериальными клетками.

Иная картина наблюдалась на участках с водой, обработанной электрохимическим способом. В табл. 5 приведены данные анализов воды до и после электрохимической обработки, а в табл. б - усредненные данные по количеству ЖБ и СРБ в отложениях на трубах участка трубопровода ГВС после электрохимической обработки воды.

Таблица 5. Апализ горячей воды до и после электрохимической обработки

№ Ингредиент Результаты ДО обработки Результаты после обработки Норматив Ед. измерения Методика

1 2 3 4 5 6 7

1 Общая жесткость 7,6 1,8 ГОСТ, не более 7 ммоль/дм"1 ГОСТ 4151-72

2 Железо 0,20 0,0306 ГОСТ, не более 0,3 мг/дм"* ГОСТ 4011-72

3 Медь 0,62 0,38 11ДК, не более 1 иг/дат* ГОСТ 4388-72

4 рН 6,62 8,06 ГОСТ, от 6 до 9 ГОСТ 2874-82 вода питьевая

5 Запах при 20°С 0 0 ГОСТ, не более 2 Балл ГОСТ 3351-74

6 Запах при 60° С 1 0 ГОСТ, не более 2 Балл ГОСТ 3351-74

7 Вкус 1 1 ГОСТ, не более 2 Балл ГОСТ 3351-74

8 Цветность 16 8 ГОСТ, не более 20 Градус ГОСТ 3351-74

9 Мутность 0,82 0,24 ГОСТ, не более 1,5 мг/да^ ГОСТ 3351-74

10 Окисляемость 3,6 0,64 МУ, не более 10 мг/дма Методические указания

Количество бактерий в отложениях оказалось более чем на 2 порядка ниже, чем в случае отсутствия обработки. Этот вывод справедлив и для сульфатредуцирующих микроорганизмов. На их развитие в данном случае действуют два противодействующих фактора. Первый - уменьшение количества кислорода в воде, приводящее к созданию благоприятных условий для развития анаэробных микроорганизмов.

Второй - уменьшение количества отложений, способствующее доступу оставшегося в теплоносителе кислорода к внутренней поверхности стальной трубы, т.е. подавлению жизнедеятельности СРБ. Эксперименты показывают, что превалирующим является именно второй фактор.

Таблица б. Количество бактерий (кл/см3 отложений) на внутренней поверхности > труб трубопровода ГВС с электрохимической обработкой воды.

Вид бактерий (термофильные штаммы). Место отбора проб

На выходе из ЦТП Зова, аварийных ШВОВ' Ввод в дом (210 мот ЦТП)

Сульфатредуцирующие ТЬ. Реггоох1(]ат 0,4-10' 0,2-10' 0,2-10'

Железобактерии • Са1Нопе11а Не определяются 0,410' Не определяются'

Таким образом, использование аппаратов электрохимической обработки воды в системах ГВС дает возможность экологически безопасного снижения вероятности разрушения трубопроводов вследствие действия коррозионно-агрессивных микроорганизмов. При этом улучшаются потребительские свойства воды и уменьшается количество отложений на внутренних поверхностях труб.

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ МЕТОДОВ ПОДАВЛЕНИЯ КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Проводимые на протяжении ряда лет исследования позволили разработать и успешно использовать описанные в диссертации экологически' приемлемые методы уменьшения коррозионных разрушений:

- химические - с использованием неорганических пленкообразователей и восстановителей (силикаты, гидроксид кальция), пероксидных соединений;

- физические - основанные на ультрафиолетовом и магнитном облучении сетевой

воды;

- электрохимический (физико-химический) - основанный на электрохимической безреагентной обработке сетевой воды аппаратами типа АЭА-Т.

Все эти методы имеют свою специфику, свои сильные и слабые стороны, свои оптимальные условия применения. Наш опыт использования методов позволяет сделать

однозначный вывод о том, что наибольшая - эффективность защиты достигается при комплексном подходе. Со временем мы пришли к убеждению, что в ряде типовых случаев коррозии трубопроводов целесообразно использовать также типовые решения по противокоррозионной защите.

Практическое применение разработанных нами средств и методов защиты трубопроводов ГВО и ТС от коррозии в ряде случаев требует использования определенных технологических схем и оборудования. Если, например, УФ облучение сетевой воды или обработка воды магнитным полем не представляют никаких практических сложностей, то применение' предлагаемых нами неорганических ингибиторов (при консервации трубопроводов или дозировании их в воду в период эксплуатации трубопроводов) или аппаратов электрохимической обработки воды предполагают использование определенных конструкторских решений, специального оборудования и технологических схем.

Разумеется, речь идет не о разовых операциях, например, по консервации трубопроводов, а создании стационарных установок по дозированию в сетевую воду ингибиторов (в период консервации, либо эксплуатации трубопроводов) и об использовании технологических схем электрохимической обработки сетевой воды. В главе 5 приводятся разработанные нами практически используемые технологические схемы применения средств противокоррозионной защиты.

Оценка экологической безопасности и эффективности методов защиты от коррозии трубопроводов ГВС и ТС при практическом использовании - этих методов и должна проводиться с помощью создания постоянно действующей системы мониторинга происходящих в почве и водоемах процессов теплового и химического загрязнения.

На основе использования комплекса методов контроля за состоянием трубопроводов, изменением содержания в почвах и водоемах химических веществ - ингибиторов коррозии, можно определять эффективность зашиты труб от коррозии (отсутствие сквозных повреждений труб) и безопасность используемых ингибиторов для человека. Этой же цели служит контроль за тепловым загрязнением среды, также свидетельствующим о наличии или отсутствии дефектов трубопроводов ГВС и ТС.

Мониторинг почв и водоемов представляет собой систему наблюдений, позволяющую осуществлять слежение за процессами, которые протекают в почвах и водах под влиянием антропогенных воздействий, давать оценку состояния почв и вод и прогноз изменения процессов, протекающих в них.

Использование мониторинга на всех иерархических уровнях позволяет решать наиболее важные в практическом отношении задачи контроля почвенно-эрозионных

процессов, причем не только в одноразовом, но и в многовариантном исполнении, что особенно существенно при постоянно уточняющихся почвенно-эрозионной и геоэкологической обстановке в стране.

Разработанные нами подходы были опробованы и нашли практическое применение при создании системы локального мониторинга процессов загрязнения почв и вод (подземные, поверхностные) г. Пскова.

ВЫВОДЫ

1. В результате комплексного изучения электрохимического и коррозионного поведения стали трубопроводов горячего водоснабжения и теплоснабжения в сетевой воде, с использованием современных методов поляризационных и потенциометрических измерений * - ИК-спектроскопии; гравиметрии; металлографии; специфических методов исследования микробиологической коррозии и др.- получено новое решение важной научно-технической проблемы по разработке комплекса экологически безопасных и эффективных методов защиты от коррозии подземных трубопроводов.

2. Впервые изучены особенности механизма, противокоррозионной защиты трубопроводов ГВС и ТС экологически безопасными неорганическими ингибиторами -гидроксидом кальция, силикатом натрия, перфосфатами и перборатами щелочных металлов. Показано, что при воздействии на сталь гидроксида кальция, силиката натрия, на поверхности металла образуется прочная беспористая фазовая пленка. Она эффективно защищает металл от коррозии путем изоляции его от действия агрессивной среды. Эта же пленка надежно предупреждает развитие микробиологической коррозии труб. Речь идет о совершенно новом механизме ингибирования коррозии стали, основанном не на биоцидном действии ингибитора, а на его пленкообразующих свойствах. Механизм воздействия перфосфатов и перборатов на коррозионный процесс основывается на сильной окислительной способности реагентов, приводящей к образованию пассивных плевок на стали и гибели в окислительной среде бактериальных клеток.

3. Установлены оптимальные концентрации и условия применения неорганических ингибиторов коррозионных повреждений трубопроводов ГВС и ТС.

4. Разработаны экологически безопасные физические и физико-химические безрсагентные способы защиты трубопроводов от микробиологической коррозии. К ним относятся: обработка сетевой воды УФ излучением и магнитным полем, электрохимическая обработка воды.

5. Установлено, что для конкретных случаев и условий эксплуатации трубопроводов могут быть найдены типовые решения коррозионно-экологических проблем. Эти решения основываются на комплексном использовании разработанных методов защиты от коррозии, т.е. на их рациональном подборе и оптимальном сочетании. В качестве примера обсуждены конкретные случаи комплексного решения проблем геоэкологии и защиты от коррозии для различных условий эксплуатации трубопроводов ГВС и ТС.

6. На основании результатов проведенных исследований разработана, апробирована и практически внедрена постоянно действующая система экологического мониторинга, позволяющая отслеживать экологически значимые изменения в почвах и водных средах, принимать решения и предпринимать меры по предупреждению коррозионного разрушения трубопроводов и негативного антропогенного влияния на различные компоненты биосферы.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Микробиологическая коррозия стали в исходных водах теплоэнергетических объектов // Теплоэнергетика, 1982, №11, С.65-66 (в соавторстве с А.П. Акользиным)

2. Микробиологическая коррозия оборудования теплосетей в водных средах.// Материалы Щ Национальной научно-технической конференции «Коррозия и защита от коррозии 82», Болгария, Варна, 1982, С.99(в соавторстве с А.П. Акользиным)

3. Микробиологическая коррозия промышленных теплоэнергетических установок. Материалы Ш научно-технической конференции по электрохимии, коррозии и защите металлов в неводных и смешанных растворителях. — Тамбов, 1982. С.88 (в соавторстве с Ю.Я. Харитоновым и др.)

4. Защита оборудования промышленной энергетики и водоснабжения от микробиологической коррозии. // Материалы XI Пермской конференции. «Коррозия и защита от коррозии» - Пермь, 1983, С.209-210. (в соавторстве с ЮЛ. Харитоновым и др.)

5. Влияние ультрафиолетового облучения на коррозионную агрессивность и микробиологический состав воды. // Противокоррозионная защита в химической промышленности. Сб. НИИТЭХИМ - М.: 1985. С.67-73 (в соавторстве с. М.Ф. Лазаревой и Др.)

6. Ингибирование коррозии углеродистой стали перфосфатом калия в культуральной жидкости бактерии Т. Реггоох1с1ат // Защита металлов. 1987 XXIII, №3. с. 505-509 (в соавторстве с Ю.Я. Харитоновым и др.).

7. Метод оценки подавления жизнедеятельности коррозионно-активных бактерий. //Защита металлов. 1987, ХХШ, №3, С.534-536. (в соавторстве с А.П. Акользиным)

8. Особенности взаимодействия суперпластификатора С-3 с углем в водоугольной суспензии. // Химия твердого топлива, 1988/ №6, С.90-96 (в соавторстве с Ю.Я Харитоновым и др.)

9. Применение неорганических пленкообразователей как экологически безопасный метод предупреждения микробиологической коррозии тепловых сетей. // Практика противокоррозионной защиты. 2003: №1(27)2003г., С.54-58 (в соавторстве с А.В. Хабаровым)

10. Электрохимическая обработка воды как экологически безопасный метод снижения численности коррозионно-активных микроорганизмов в сетях горячего водоснабжения. // Энергосбережение и водоподготовка. 2003. №2, С.53-55 (в соавторстве с В.А. Хабаровым)

11. Экологически безопасные технологии антибактериальной обработки воды в городских системах горячего водоснабжения. // Актуальные проблемы экологии и природопользования. Сб. ГУЗ, М.: 2003. С.78-81

12. Экологические проблемы при защите трубопроводов и оборудования от микробиологической коррозии. // Материалы международной научно-технической конференции «Антикор-Гальваносервис» - М.: 2003., С.24 (в соавторстве с Л.Б. Бухгалтером)

Издательство: ЗАО "ПАПИРУС ПРО"

129010, Москва, Б. Спасская, д.10/1 тел./факс: (096) 281-2998 Заказ № 2-04

тираж 100 экз.

1 i. ñ 9 5- Ч

U Ь-

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Акользина, Алла Викторовна

ВВЕДЕНИЕ. Цели и задачи диссертационной работы.

ГЛАВА 1. Объекты и методы исследования.

1.1. Объекты исследования и их территориальная 7 принадлежность

1.2. Методы исследования коррозии, эффективности методов 10 противокоррозионной защиты.

1.2.1. Метод поляризационного сопротивления.

1.2.2. Потенциостатические измерения.

1.2.3. Изучение ИК спектров поглощения поверхностных 17 слоев и продуктов коррозии.

1.2.4. Специфические методы исследования 18 микробиологической коррозии и эффективности защитных мер.

1.2.5. Исследование экологических аспектов коррозии 20 трубопроводов и воздействия на среду средств противокоррозионной защиты.

1.3. Краткие выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. Геоэкологические условия территории расположения объектов исследования.

2.1. Природные факторы, определяющие общие 23 геоэкологические условия.

2.2. Геоэкологические и гидрологические условия

2.3. Климатические особенности и метеорологический режим.

2.4. Краткие выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. Современное состояние и экологические аспекты 34 проблемы борьбы с коррозией.

3.1. Общие сведения о коррозионно-активных 34 микроорганизмах и микробиологической коррозии стали.

3.2. Особенности микробиологической коррозии 39 внутренних поверхностей труб подземных тепло- и водопроводов.

3.3. Современные методы защиты трубопроводов от 43 микробиологической коррозии.

3.4. Экологические аспекты протекания 45 микробиологической коррозии трубопроводов и применения методов противокоррозионной защиты.

3.5. Краткие выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. Разработка экологически безопасных методов защиты трубопроводов от коррозии.

4.1. Экологические аспекты и особенности применения 49 неорганических пленкообразователей и восстановителей для защиты от коррозии трубопроводов теплоснабжения и горячего водоснабжения.

4.1.1. Экологические аспекты решения проблемы защиты

• от коррозии.

4.1.2. Применение растворов гидроксида кальция.

4.1.3. Применение растворов силиката натрия. 76 4.2. Экологические аспекты и особенности применения неорганических пероксидных соединений.

4.2.1. Установление оптимальных защитных 82 концентраций пербората натрия.

4.2.2. Ингибиторное действие перфосфата калия.

4.3. Экологически безопасные физические и 91 электрохимические методы подавления микробиологической коррозии труб трубопроводов теплоснабжения и горячего водоснабжения.

4.3.1. Применение ультрафиолетового облучения сетевой воды.

4.3.2. Влияние магнитного поля на бактерии

4.3.3. Использование аппаратов электрохимической 105 обработки сетевой воды.

4.4. Краткие выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. Практические рекомендации по использованию экологически безопасных методов подавления коррозии трубопроводов теплоснабжения и горячего водоснабжения

5.1. Комплексный подход к решению проблемы защиты 112 от микробиологической коррозии.

5.2. Практические схемы использования средств 114 противокоррозионной защиты.

5.3. Оценка экологической безопасности и 119 эффективности методов защиты от микробиологической коррозии при практическом использовании.

5.4. Краткие выводы к главе 5.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка комплекса экологически безопасных методов борьбы с коррозией"

Содержащаяся в литературе информация о протекании и последствиях электрохимической и микробиологической коррозии внутренних поверхностей трубопроводов горячего водоснабжения (ГВС) и теплоснабжения (ТС) однозначно указывает на необходимость приятия самых серьезных мер противокоррозионной защиты. Технически грамотным решением является заполнение не эксплуатирующегося трубопровода консервирующими растворами (а в случае их отсутствия — хотя бы сетевой водой во избежание свободного доступа воздуха к внутренним поверхностям труб) с ингибирующими и биоцидными добавками. В качестве таковых предложено использование широкого диапазона химических соединений различных классов [Герасименко, 1998] - хлорсодержащих (с активным хлором), азотсодержащих, солей тяжелых металлов. Дозирование биоцидных и ингибирующих добавок в сетевую воду в период активной эксплуатации трубопроводов ГВС и ТС также предполагает использование химических соединений указанных классов. Однако, применение большинства ингибиторов и биоцидов неприемлемо по экологическим соображениям. Неизбежные утечки, необходимость сброса и утилизации водной среды, содержащей подобные добавки, после окончания срок консервации создают серьезные проблемы с точки зрения геоэкологии и экологии водоемов, так как традиционные ингибиторы и биоциды весьма токсичны [Защита от коррозии, старения, биоповреждений, 1987 ].

Поэтому при выполнении данной работы мы ставили перед собой следующую цель: разработать комплекс экологически безопасных методов борьбы с коррозией внутренних поверхностей труб теплопроводов и трубопроводов ГВС.

В данном случае речь идет о поиске, в сущности, нового решения научно-практической задачи противокоррозионной защиты трубопроводов- решения, основанного на комплексном экологически безопасном физико-химическом и физическом подходе к предупреждению коррозии стали в воде питьевых кондиций. Работы в этом направлении были начаты в 1982г. Широкое внедрение показывает, что полученные результаты существенно дополняют традиционные методы борьбы с электрохимической и микробиологической коррозией стали в водных средах.

Конкретные проблемы, которые решались нами в работе, вкратце сводились к следующим: разработка и практическое использование методов защиты от различных видов коррозии с помощью экологически безопасных неорганических пленкообразователей;

- исследование экологических аспектов и эффективности действия неорганических пероксидных соединений в качестве ингибиторов коррозии стали в водных средах; создание и применение экологически безопасных методов подавления жизнедеятельности коррозионно-активных микроорганизмов, основанных на физическом воздействии на водную среду: обработке магнитным полем, воздействии ультрафиолетового (УФ) излучения; разработка способа электрохимической обработки воды в качестве одного из методов подавления микробиологической составляющей коррозионного процесса.

Научную новизну работы составляют: обоснование до сих пор неизвестных возможностей использования неорганических пленкообразователей - гидроксида кальция, силиката натрия — в качестве экологически безопасных агентов, обеспечивающих защиту стали от коррозии; выбор оптимальных режимов бактерицидной обработки водных сред физическими методами: УФ облучением, магнитными полями; объяснение особенностей механизма действия сильных неорганических окислителей, способствующего подавлению различных форм коррозии; исследование выявленного эффекта экологически приемлемой электрохимической обработки воды с целью снижения коррозионной агрессивности водной среды и уменьшения количеств отложений.

Практическими задачами работы являются: у/ разработка эффективных, экологически безопасных способов предупреждения коррозии теплотрасс и трубопроводов ГВС в реальных условиях эксплуатации; создание практических подходов к выбору наиболее эффективных средств противокоррозионной защиты в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

В заключение следует отметить, что разработанный в ходе выполнения диссертационной работы комплекс мер по защите трубопроводов от электрохимической и микробиологической коррозии в отечественной и зарубежной практике применяется впервые.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Акользина, Алла Викторовна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате комплексного изучения электрохимического и коррозионного поведения стали трубопроводов горячего водоснабжения и теплоснабжения в сетевой воде, с использованием современных методов поляризационных и потенциометрических измерений, ИК-спектроскопии; гравиметрии; металлографии; специфических методов исследования микробиологической коррозии, получено новое решение важной научно-технической проблемы по разработке комплекса экологически безопасных и эффективных методов защиты от коррозии подземных трубопроводов.

2. Впервые изучены особенности механизма у противокоррозионной защиты трубопроводов ГВС и ТС экологически безопасными неорганическими ингибиторами -гидроксидом кальция, силикатом натрия, перфосфатами и перборатами щелочных металлов. Показано, что при воздействии на сталь гидроксида кальция, силиката натрия на поверхности металла образуется прочная беспористая фазовая пленка.

Она эффективно защищает металл от коррозии путем изоляции его от действия агрессивной среды. Эта же пленка надежно предупреждает развитие микробиологической коррозии труб. Речь идет о совершенно новом механизме ингибирования коррозии стали, основанном не на пассивирующим биоцидном действии ингибитора, а на его пленкообразующих свойствах. Механизм воздействия перфосфатов и перборатов на коррозионный процесс основывается на сильной окислительной способности реагентов, приводящей к образованию пассивных пленок на стали и гибели в окислительной среде бактериальных клеток. Установлены оптимальные концентрации и условия применения неорганических ингибиторов с точки зрения экологической безопасности и максимального снижения риска коррозионных повреждений трубопроводов ГВС и ТС. Разработаны высокоэкологические физические и физико-химические безреагентные способы защиты трубопроводов от микробиологической коррозии. К ним относятся: облучение сетевой воды УФ излучением, обработка воды магнитным полем, электрохимическая обработка воды. Определены режимы водоподготовки, позволяющие добиться максимального противокоррозионного эффекта. Установлено, что для конкретных случаев и условий эксплуатации трубопроводов могут быть найдены типовые решения коррозионно-экологических проблем. Эти решения основываются на комплексном использовании разработанных методов защиты от коррозии, т.е. на рациональном подборе и оптимальном сочетании описанных в данной работе способов защиты от коррозии. В качестве примера обсуждены конкретные случаи комплексного решения проблем геоэкологии и защиты от коррозии для различных условий эксплуатации трубопроводов ГВС и ТС.

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ МЕТОДОВ ПОДАВЛЕНИЯ КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

5.1. Комплексный подход к решению проблемы защиты от коррозии

Подытоживая материал, содержащийся в предыдущих главах, можно отметить следующее.

Для всего многообразия форм проявления коррозии существует не меньшее многообразие методов противокоррозионной защиты. Специфика же рассматриваемых в диссертации случаев коррозии заключается в том, что речь идет о коррозионном разрушении подземных трубопроводов ГВС и ТС, т.е. тех объектов, которые требуют не просто эффективных, а экологически безопасных методов защиты. Многолетняя работа в этом направлении позволила разработать и успешно использовать описанные выше экологически приемлемые методы уменьшения коррозионных разрушений: химические - с использованием неорганических пленкообразователей и восстановителей (силикаты, гидроксид кальция), пероксидных соединений; физические - основанные на ультрофиолетовом и магнитном облучении сетевой воды; электрохимический (физико-химический) - основанный на электрохимической безреагентной обработке сетевой воды аппаратами типа АЭА-Т.

Все эти методы имеют свою специфику, свои сильные и слабые стороны, свои оптимальные условия применения. Большой опыт использования методов позволяет сделать однозначный вывод о том, что наибольшая эффективность защиты достигается при комплексном подходе. Со временем мы пришли к убеждению, что в ряде типовых случаев коррозии трубопроводов целесообразно использовать также типовые решения по противокоррозионной защите. Краткий итог эксплуатационных наблюдений приведен ниже.

Коррозионная ситуация 1: большое количество отложений на внутренней поверхности труб, под слоем отложений обнаруживаются анаэробные бактерии, приводящие к локальным повреждениям труб.

Рекомендации: использование метода электрохимической обработки воды для уменьшения количества шламов и отложений; использование пероксидов для подавления жизнедеятельности анаэробных бактерий; использование неорганического пленкообразователя (например, гидроксида Са) для создания защитной пленки на очищенной от отложений и бактерий поверхности металла.

Коррозионная ситуация 2: то же, что и в первом случае, но в дополнение к этому обнаруживаются аэробные коррозионно-активные бактерии в самой воде.

Рекомендации. использование метода электрохимической обработки воды для уменьшения количества шламов и отложений; использование метода УФ облучения сетевой воды для подавления жизнедеятельности как аэробных, так и анаэробных бактерий; использование неорганического пленкообразователя для создания защитной пленки на очищенной от отложений и бактерий поверхности металла.

Коррозионная ситуация 3: внутренняя поверхность трубопровода подвержена интенсивной локальной коррозии. В сетевой воде превышено содержание активаторов - хлоридов и сульфатов. Сколько-нибудь значительного количества микроорганизмов в сетевой воде не обнаруживается.

Рекомендации: использование гидроксида кальция для консервации трубопроводов в период плановых и аварийных остановов; дозирование силиката натрия в процессе эксплуатации трубопроводов.

Коррозионная ситуация 4: интенсивная равномерная коррозия внутренних поверхностей труб; большое количество отложений соединений железа; ухудшение органолептических и химических показателей качества сетевой воды.

Рекомендации: использование электрохимического метода обработки сетевой воды для улучшения качества воды; дозирование силиката натрия в сетевую воду в процессе эксплуатации трубопроводов для защиты от коррозии и улучшения органолептических показателей.

Из вышеизложеного следует, что любая коррозионная проблема при эксплуатации трубопроводов ГВС и ТС имеет свое решение, основанное на комплексном подходе, т.е. рациональном сочетании предложенных нами экологически безопасных методов защиты от коррозии.

5.2. Практические схемы использования средств противокоррозионной защиты

Практическое применение разработанных нами средств и методов защиты трубопроводов ГВС и ТС от коррозии в ряде случаев требует использования определенных технологических схем и оборудования. Если, например, УФ облучение сетевой воды или обработка воды магнитным полем не представляют никаких практических сложностей, то применение предлагаемых нами неорганических ингибиторов (при консервации трубопроводов или дозировании их в воду в период эксплуатации трубопроводов) или аппаратов электрохимической обработки воды предполагают использование определенных конструкторских решений, специального оборудования и технологических схем.

Принципиальное решение установки по дозированию ингибиторов представлено на рис. 23. Эта схема может применима при использовании любых предложенных нами ингибиторов: гидроксида кальция, силиката натрия, пероксидных соединений и т.д.

На рис. 24 и 25 представлены схемы реализации электрохимического способа обработки сетевой воды при одноконтурной и двухконтурной системах теплоснабжения соответственно.

При реализации электрохимического способа обратная сетевая вода проходит через аппарат типа АЭА-Т, все потенциально опасные частицы накипеобразующих солей полностью улавливаются на отрицательно заряженных катодных пластинах, т.к. все частицы накипеобразующихся солей, перемещаясь по трубопроводам и нагревательным трубкам, несут положительный заряд, величина которого зависит от размера частиц.

Периодически, в соответствии с режимной картой для конкретного объекта, пластины с уловленными солями жесткости вынимаются из аппарата и подвергаются механической чистке. Осадок представляет собой аморфную рыхлую массу, легко отделяющуюся с поверхности катода.

Таким образом, антинакипной электрохимический аппарат, с одной стороны, генерирует в сетевую воду микрокристаллы карбоната кальция, что позволяет инициировать выпадение солей накипи не на теплопередающих поверхностях, а в объеме жидкости, с другой стороны осуществляет количественное (100%) улавливание потенциально опасных укрупненных частиц накипи на отрицательно заряженном электроде.

Рис.23. Схема дозирования ингибирующих растворов:

1 - загрузочная воронка; 2 - смеситель; 3 - бак первичного приготовления ингибирующего раствора; 4 - фильтр; 5 - расходный бак готового ингибирующего раствора; 6 - дозирующие устройства (плунжерные насосы, инжекторы и т.д.); 7 - регулирующие вентили;

I - трубопровод подачи холодной воды для приготовления ингибитора;

II - трубопровод подачи концентрированного раствора ингибитора; III - трубопровод подачи горячей воды для приготовления ингибитора;

IV - трубопровод холодной воды для подачи ингибирующего раствора;

V- вентиль отбора ингибирующего раствора; VI - трубопровод горячей воды для подачи ингибирующего раствора; VII -трубопроводы подачи ингибирующего раствора.

Рис.24. Принципиальная схема подключения электрохимического аппарата типа АЭА-Т в одноконтурной теплофикационной схеме: 1 - насос; 2 — аппарат АЭА-Т; 3 - блок питания; 4 — байпасная линия; 5 — линия отвода паровоздушной смеси; 7 - слив в канализацию; 8 — теплогенератор; 9 — потребитель; 10- подпитка; 11 — обратный сетевой трубопровод.

Электрохимический аппарат представляет собой емкость, внутри которой расположена электродная кассета с чередующимися на определенном расстоянии нерастворимыми катодами и анодами. Гнездо для установки кассеты выполнено таким образом, чтобы практически весь поток обрабатываемой воды проходил между электродами. Для удобства монтажа и периодических чисток электродной кассеты от солей накипи на аппаратах монтируется грузовая поворотная стрела.

Рис.25. Принципиальная схема подключения антинакипных аппаратов типа АЭА-Т в двухконтурной системе теплоснабжения:

1 - насос; 2 - аппарат АЭА-Т; 3 - блок питания; 4 - байпасная линия;

5 - линия отвода паровоздушной смеси; 6 — вентиль; 7 - слив в канализацию; 8— обратный сетевой трубопровод; 9 — теплогенератор; 10-потребитель ГВС; 11 — потребитель СО; 12 - теплообменник; 13 - подпитка

ГВС; 14 - подпитка СО.

Устанавливается аппарат АЭА-Т в водогрейных котельных, как правило, на обратном сетевом трубопроводе. Наличие байпасной линии и задвижек, позволяет отключать аппарат при чистки без остановки котлоагрегатов (рис.24,25).

Выбор типоразмера аппарата и величины рабочего тока производится с учетом температурного интервала работы теплоэнергетического объекта, химического состава и количества подпиточной воды. Методика расчета позволяет прогнозировать количество солей накипи и время работы аппарата до очистки.

5.3. Оценка экологической безопасности и эффективности методов защиты от коррозии при практическом использовании

Оценка экологической безопасности и эффективности методов защиты от коррозии трубопроводов ГВС и ТС при практическом использовании этих методов должна проводиться с помощью создания постоянно действующей системы мониторинга [Агеев,2002] происходящих в почве и водоемах процессов теплового и химического загрязнения.

Задачи мониторинга.

На основе использования комплекса методов контроля за состоянием трубопроводов [Михайловский, 1973], изменением содержания в почвах и. водоемах химических веществ - ингибиторов коррозии определять эффективность защиты труб от коррозии (отсутствие сквозных повреждений труб) и безопасность используемых ингибиторов для человека. Этой же цели служит контроль за тепловым загрязнением среды, также свидетельствующим о наличии или отсутствие дефектов трубопроводов ГВС и ТС.

Концепция мониторинга.

В структуре мониторинга выделяются самостоятельные подсистемы. Первостепенное значение среди них имеет такой тип мониторинга, который представляет собой систему наблюдений, направленных на получение информации для оценки качественных и количественных изменений состояния почв и водоемов, прогноза их изменений под влиянием техногенных факторов, выбора управляющих воздействий на почвы и воды и их качество, а также для оптимизации самой системы наблюдений с учетом происходящих природно-техногенных изменений.

Основными задачами исследований при проведении мониторинга являются: изучение региональных закономерностей многолетнего естественного и нарушенного хозяйственной деятельностью человека режима интенсивности загрязнений в конкретных географических районах с целью своевременного обнаружения негативных последствий антропогенного влияния и его оценка; наблюдение и контроль за уровнем интенсивности загрязнений в районах минимального воздействия (фоновые наблюдения) и в местах, подверженных интенсивному антропогенному влиянию, в том числе в районах эксплуатации земельных ресурсов, районах крупных систем почвозащитных мероприятий (районы сельскохозяйственных мелиорации, зоны влияния различных почвозащитных мероприятий); обобщение и анализ проявления загрязнений с целью определения степени антропогенного воздействия, выявления и оценки факторов и источников, влияющих на режим, формы и стадии проявления загрязнений; прогноз изменений режима, а также прогноз интенсивности проявления загрязнений, выноса гумуса, элементов питания растений и других химических элементов с водным теплоносителем при авариях на трассах; обеспечение заинтересованных организаций систематической и оперативной информацией об изменениях режима эксплуатации трубопроводов ГВС и ТС в целях предупреждения и принятия необходимых мер по предотвращению возможных негативных последствий.

Выделенные направления в системе мониторинга обусловлены спецификой исследуемых процессов, факторов их формирования, экологическими и социально-экономическими последствиями. Для мониторинга необходимо создавать наблюдательную сеть и программы наблюдений исследуемых показателей.

Методологические основы.

Система мониторинга должна обеспечить решение следующих задач: оценку текущего состояния природного и нарушенного техногенной деятельностью режима существования почвы и воды по основным показателям: интенсивность проявления загрязнения, химический состав продуктов эрозии, включая компоненты, на локальном и региональном уровнях, в государственном и глобальном масштабах; прогнозирование развития негативных в экологическом отношении ситуаций, связанных с техногенным нарушением природного режима эксплуатации; разработку рекомендаций по управлению техногенным режимом, снижению или ликвидации негативных последствий. В связи с поставленными задачами возникает ряд научно-методических проблем в его организации мониторинга: обоснование объектов для систематических наблюдений на всех уровнях; специализация наблюдательных сетей по выделенным направлениям мониторинга; специализация и унификация программ наблюдений; создание автоматизированной системы сбора, хранения и использования полученной информации.

Наиболее сложным является выбор объектов наблюдений на локальном уровне - сколько и каких объектов должно быть включено в систему мониторинга.

Состояние региональных и глобальных ситуаций должно оцениваться путем интерполяции и экстраполяции данных, полученных о региональной наблюдательной сети, связывающей и дополняющей локальные объекты. Локальные объекты включаются в сферу деятельности соответствующих предприятий. Организации мониторинга должно предшествовать картографирование территории с нанесением на почвенно-эрозионную карту техногенных ситуаций с оценкой проявления химической активности.

Общим требованием для наблюдательных сетей, в системе мониторинга является возможность получения комплексной информации о сущности исследуемых процессов с позиции современного эрозирования, природных и техногенных факторах их формирования, об экологических последствиях техногенного воздействия на почвы. Последнее требование является новым для геоэкологии и требует участия специалистов-экологов различного направления и специальной экологической подготовки.

Создание информационной базы (банков данных) мониторинга предусматривает: установление иерархии информационных структур на локально-территориальных, региональных глобальных уровнях; унификацию первичной и последующих форм документации банка данных; автоматизированную систему передачи исходной информации от наблюдательных сетей до центров обработки, хранения и использования; математическое и программное обеспечение информационных центров и центра по моделированию режима при различных условиях попадания в почву и вводу химических загрязнений и теплоносителей с использованием компьютерных технологий.

Наблюдательные системы. Для ведения мониторинга создается специальная сеть и разрабатываются специальные программы наблюдений. Наблюдательная сеть должна отвечать требованиям оптимальности, т.е. она должна быть такой плотности и пространственного распределения, которые обеспечивали бы наилучшее соотношение между точностью (достоверным отражением протекающих в объекте процессов), достаточностью информации и экономической выгодой (минимальными затратами на ее функционирование). Сеть должна обеспечить систематичность наблюдений, их высокую чувствительность и репрезентативность.

На сегодняшний день объективно сформировались три основных взаимосвязанных направления мониторинга, которые должны обеспечивать систематические наблюдения, оценку состояния и прогноз уровнего режима и качества подземных вод в: региональном масштабе; районах, не затронутых или слабо затронутых хозяйственной деятельностью (естественный фон); районах интенсивного хозяйственного освоения (на локальных участках).

В зависимости от задач исследований и масштабов антропогенного воздействия на почвы, наблюдательную сеть мониторинга целесообразно подразделить на фоновую и специализированную, приуроченную к типовым участкам и объектам инженерно-хозяйственного воздействия (в специализированную сеть входят также опытно-производственные ключевые стационарные участки).

Фоновая наблюдательная сеть мониторинга предназначается для изучения естественного или слабонарушенного режима как исходного уровня, по отношению к которому оцениваются антропогенные изменения, наблюдаемые в случае аварий и попадания в почву химических веществ и теплоносителей.

Ее основу составляет региональная опорная сеть, в задачи которой входит изучение региональных закономерностей эксплуатаций сетей ГВС и ТС, формирующихся под давлением комплекса природных факторов создания соответствующего режима и должна охватывать наблюдениями все крупные регионы: провинции, зоны, области и почвенно-эрозионные районы. При создании учитывается общая зональность почв в том числе районирование территории по условиям формирования режима.

В районах высокой интенсивности антропогенных воздействий на природную среду создается специализированная сеть мониторинга, назначение которой: оперативное выявление антропогенных влияний по изменениям в режиме и контроль за уровнем интенсивности их на наиболее подверженных этим влияниям объектах; контроль состояния других элементов природной среды (почвогрунтов, атмосферных осадков, снежного покрова, поверхностных вод на ключевых участках).

На основе полученных данных по динамике процессов разрабатываются предложения по улучшению геоэкологической обстановки и совершенствованию системы мониторинга.

Специализированная наблюдательная сеть создается под конкретные объекты и задачи исследований, и имеет а зависимости от своего назначения специфические особенности в размещении и программных наблюдений.

Размещение стационарных участков целесообразно проводить на основе расчетов (аналитических или с использованием моделирования) с учетом природных и техногенных факторов формирования подземных вод [Романенко, Кузнецов, 1974].

Программы наблюдений. Важнейшей составляющей мониторинга являются программы наблюдений за загрязненностью вод и качественным состоянием почв.

Общая программа включает определение следующих показателей: режима интенсивности химического и теплового загрязнения в глобальном, региональном и локальном уровнях; режима выноса химических элементов и выбросом теплоносителя.

Специальные программы на типовых участках антропогенного воздействия (локальная сеть) дополняются перечнем параметров, специфических для данного района и информативных показателей. На начальном этапе ведения мониторинга по специализированной сети комплекс изучаемых показателей может быть значительно шире с тем, чтобы в последующем выделить перечень таких специальных показателей, которые характерны для определения видов техногенных объектов и выбросов.

В соответствии с требованиями мониторинга и охраны земельных ресурсов (почв) в число важнейших задач отрасли сегодня должны быть выдвинуты: реорганизация (пересмотр и расширение) фоновой режимной наблюдательной сети, по которой выполняются систематические наблюдения за естественным (слабонарушенным) уровнем и фоном интенсивности загрязнений; продолжение создания специализированных наблюдательных сетей стационаров и опытно-производственных ключевых участков на крупных теплоэнергетических и коммунальных объектах; разработка нормативно-методических документов по организации и внедрению геоэкологических работ в отрасли; техническое оснащение работ по мониторингу [Макарова,2002].

Использование мониторинга на всех иерархических уровнях позволяет решать наиболее важные в практическом отношении задачи почвенно-эрозионных процессов, причем не только в одноразовом, но и в многовариантном исполнении, что особенно существенно при постоянно уточняющихся почвенно-эрозионной и геоэкологической обстановке в стране.

Вышеизложенные принципиальные подходы были опробованы и нашли практическое применение при создании системы локального мониторинга процессов загрязнения почв и вод (подземные, водоемы) г. Пскова. Система была создана на основе городских сетей ГВС и ТС, подведомственных МУП «Псковские тепловые сети». Целью создания системы мониторинга явился контроль за коррозионным состоянием сетей, наличием и количеством в них микрофлоры, эффективностью применения и экологической безопасностью мер защиты от коррозии. Система мониторинга была создана в 1999г., одновременно с началом опытно-промышленного внедрения средств борьбы с коррозией в теплосетях и системах ГВС, и за четыре года своего существования позволила сделать следующие выводы: начиная с 1999г. количество аварий«на сетях ГВС снизилось на 60%, на сетях ТС - на 72%; тепловое загрязнение почвы (суммарно по всем сетям) в 1999г. уменьшилось на 40%, в 2000г. - на 42%, в 2001г. - на 52%; в 2002г. - на 58%; количество сульфатредуцирующих бактерий в 2002г. в сети ГВС снизилось на 38% по сравнению с уровнем 1999г., в сети ТС - на 44%.

Параллельно система мониторинга позволяет определить эффективность методов защиты от коррозии трубопроводов. Применительно к объектам Псковских теплосетей наилучшие результаты достигнуты при применении гидроксида кальция для консервации трубопроводов на период остановов и при использовании электрохимической обработки воды на ЦТП в эксплуатационный период. При создании и использовании системы мониторинга была задействована аппаратурная, приборная и методическая база, сведения о которой изложены в главе 1 диссертации.

5.4. Краткие выводы к главе 5

1. Разработаны принципы комплексного подхода к использованию экологически безопасных методов защиты от коррозии, позволяющие, в зависимости от конкретных условий эксплуатации трубопроводов, предложить наиболее эффективные сочетания методов с точки зрения подавления коррозии и геоэкологии.

2. Предложены и внедрены практические технологические схемы применения методов противокоррозионной защиты трубопроводов в период эксплуатации и простаивания.

3. Создана концепция, проведены апробация и внедрение постоянно действующей системы экологического мониторинга, позволяющей отслеживать экологически значимые изменения в почвах и водных средах, принимать решения и предпринимать меры по предупреждению коррозионного разрушения трубопроводов и негативного антропогенного влияния на reo- и аква сферы.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Акользина, Алла Викторовна, Москва

1. ANSI/ASME B31G -1991. Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelins. (A Supplement to ASME B31 Code for Pressure Piping),- ASME, New York

2. Brankevich G.,Mele M., De Videla H./Rev.ibevoam. corros. Y prot. V.17. №5. p.335-345

3. Bushnell G. Pulh. And Pup., 1981, v. 55,№4, p.75-77

4. CAN/CSA Z184-M86 «Gaz Pipeline Systems». - Canadian Standards Association. 178 Rexdale Blvd., Rexdale Ont., September 1986.

5. CAN3 Z183-M86 «Oil Pipeline Systems». - Canadian Standards Association. 178 Rexdale Blvd., Rexdale Ont., September 1986.

6. Colas L. Techn. Lau. 1988. №202. p.88-110

7. Fischer H. Обзор докладов, сделанных на совещании СЭВ в Батуми. М.: 1967, С.57-66

8. Gildert R.J., Lovelook D.W. Microbial Aspect of the Deterioration of Materials.London. Academia Press, 1975.51 lp.

9. Heitz E., Schwenk W. Métaux, 1979, v.54, №644, p. 41 -47

10. Kohlrausch. Z. Phyzik. Chem. 1983. v.12 №773, p.l 1-18

11. Mansfeld F. Corrosion, 1970, №7, p.14-18

12. Martini В., Guaglione B. 31 st. Mat.Int.Soc. Eltctrochtm, Venice, 1980. Extend. Abstr. V.2. S.l. S.a. h.859-861

13. Mayne J.E. J. Chem. Sos. 2000. v.2000. v.82. №14. p.122-128

14. Prazâk M. Werkst.und Korrosion/ 1974, v.25, №2, p. 104-108

15. Prazâk M., Metall ober fläche, 1970, №2, p.22-26

16. Pritchand et al. Corros. Sei., 1983. v.23. №1. p. 27-39

17. Robin J.J. et al. J Appb. Electiochem., 2002, v.32. №6. p.701-710

18. Shuldener Н.Т/, Sussman S. Corrosion, 1960. v.16. №2, p.354-35819

Информация о работе

Акользина, Алла Викторовна
кандидата технических наук
Москва, 2004
ВАК 25.00.36

Диссертация

Разработка комплекса экологически безопасных методов борьбы с коррозией - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы