Препарат для удаления накипи и очистки внутренних поверхностей теплоэнергетического и технологического оборудования от накипных отложений
PREPARATION FOR SCALING AND CLEANING OF INTERNAL SURFACES OF HEAT POWER AND PROCESS EQUIPMENT FROM SCALING DEPOSITS

Область техники
Препарат для удаления накипи относится к моющим средствам. Изобретение относится к кислотным моющим средствам на основе органических кислот и может применяться на предприятиях, где в процессе работы на оборудование образуется накипь. К ним относятся как предприятия химической и нефтехимической промышленность, так и топливной промышленности.
Уровень техники
Известен состав для удаления накипи (патент RU №2085517, опубл. 27.07.1997), содержащий мас.% бисульфат или пиросульфат калия или натрия 5-12, вода - остальное. Состав также может содержать соляную и уксусную кислоты в количестве 4-8 и 4-6 мас.% соответственно. Уксусная кислота довольно активно разрушает накипь, но она летуча и имеет острый неприятный запах.
2
2
2
3
2
3
2
2
2
5
3
2
2
Известен способ химической очистки в процессе эксплуатации теплообменного оборудования от накипи, а также образование на поверхностях теплообмена пленки, предохраняющей от повторного накипеобразования (патент RU №2285218, опубл. 10.10.2006). Данный способ включает обработку внутренних поверхностей нагрева растворами при многократной циркуляции и с последующим удалением накипи, в качестве раствора используют водный раствор специально ремонтно-восстановительного состава, состоящего из измельченных до дисперсности 0,07-0,075 мм горных пород, включающих окислы элементов: SiO, TiO, AlO, FeO, FeO, MnO, MgO, CaO, NaO, KO, PO, SO, CO, HO, используемого в количестве не менее одного грамма на один литр объема обрабатываемого оборудования, при этом циркуляцию раствора осуществляют при температуре рабочего режима оборудования, а удаление накипи производят продувкой водой или паром не менее чем через 72 часа циркуляции раствора. Проведенные исследования показали, что этот способ энергоемкий и требует увеличения срока простоя оборудования в ремонте.
Известен состав для удаления отложений и накипи с внутренних поверхностей теплообменного оборудования (патент RU №2331591, опубл. 20.08.2008). Состав состоит из пиросульфата натрия или калия, или аммония или персульфата натрия или калия, или аммония, полифенольных соединений древесины или коры хвойных пород, уротропина, неионогенного ПАВ, соляной кислоты, ацетона и воды при следующем содержании компонентов, мас.%: пиросульфат натрия или калия, или аммония или персульфат натрия или калия, или аммония 0,09-10; полифенольные соединения древесины или коры хвойных пород 0,003-6,0; уротропин 0,01-4; неионогенное ПАВ 0,0015-0,1; соляная кислота 2,0-24,0; ацетон 1,0-8,0; вода - остальное.
Так, известен состав для удаления накипи (патент RU № 2257354, опубл. 27.07.2005), содержащий пиросульфат натрия или калия, или аммония либо надсернистокислый натрий или калий, или аммоний, соляную кислоту, неионогенное ПАВ, полифенольные соединения коры хвойных пород, ингибитор коррозии - уротропин, полигексаметиленгуанидин хлорид и воду.
Также известен состав для удаления накипи и отложений (патент RU № 2324661, опубл. 20.05.2008), который содержит пиросульфат натрия, или калия, или аммония либо надсернокислый натрий, или калий, или аммоний, фторид натрия, или аммония, или калия, или плавиковую кислоту, полифенольные соединения древесины или коры хвойных пород, уротропин, соляную кислоту, неионогенное поверхностно-активное вещество и воду.
Также известен состав для удаления накипи с теплообменных поверхностей (патент RU № 2443637, опубл. 27.02.2012), содержащий соляную кислоту в количестве 2-15 мас.%, ингибитор коррозии - уротропин или тиомочевина - 0,5-3%, фторид натрия, калия или аммония – 1-4%, мета-нитробензолсульфокислоту – 3-7% и воду - остальное до 100%.
На тех же принципах основан и способ удаления накипи из теплообменного оборудования (патент RU № 2449234, опубл. 27.04.2012), который включает, после обследования внутренних поверхностей системы охлаждения, обработку внутренних поверхностей системы охлаждения химическими реактивами в следующей последовательности: наполнение ее раствором, содержащим 4,0% соляной кислоты, 1,5% уротропина, 0,5% силиката магния выдерживают под раствором в течение 1,0 часа и многократную циркуляцию раствора, промывку системы охлаждения водой и нейтрализацию остаточного раствора, после чего проводят наполнение системы охлаждения раствором (рН 2,0-3,0), содержащим 8,8% ортофосфорной кислоты, выдерживают под раствором в течение 1,0 часа и осуществляют многократную циркуляцию раствора, промывку системы охлаждения и нейтрализацию остаточного раствора, и заключительное обследование качества очистки.
Недостатки описанных технических решений общие. Сильные минеральные кислоты, особенно соляная, не только активно растворяют поверхность металла, но и разрушают защитные пассивные слои на поверхности металлов, таких как нержавеющая сталь. Это приводит к коррозии металлического оборудования, особенно в местах сварных швов и стыков разнородных металлов. Уротропин в среде сильной кислоты частично разлагается с образованием формальдегида, обладающего неприятным запахом и канцерогенным действием. Применение описанных средств в бытовых условиях связано с опасностью химического ожога, отравления, онкологического заболевания. Кроме того, при использовании описанных средств возникает сложная проблема захоронения остатков использованного средства.
Ко второй группе составов для удаления накипи относятся композиции, содержащие комплексоны. Комплексоны активно связывают атомы кальция, магния, железа и других металлов, содержащихся в отложениях, что и приводит к разрушению этих последних.
Такую композицию имеет промывочный состав для удаления накипи (патент RU № 2172301, опубл. 20.08.2001), который содержит комплексон (трилон-Б), натрий фосфорнокислый однозамещенный, спирт изопропиловый, четвертичную аммонийную соль перфторсульфокислоты, воду. Состав может дополнительно содержать флуоресцеин.
Композиции, содержащие комплексоны, предложены и для применения в быту. Так, известен антинакипин для удаления накипи с внутренних металлических стенок хозяйственно-бытовых приборов, в том числе стиральных машин, посудомоечных машин, парогенераторов (патент RU № 2213069, опубл. 27.09.2003), который содержит, масс.%: сульфаминовую кислоту – 85-90; аммоний хлористый – 8-10; тиомочевину – 0,5-1; комплексон - нитрилотриметилфосфоновую кислоту – 1-4,5.
Известно также моюще-очищающее средство для удаления накипи с нагревательных элементов и внутренних поверхностей стиральных машин (патент RU № 2334790, опубл. 27.09.2008), которое содержит, масс.%: триполифосфат натрия – 39, натрий углекислый – 42, натрий хлористый – 12, цеолит или бентонит – 4, этоксилированный 8-10 молями этиленоксида нонилфенол – 2, комплексон – натриевая соль этилендиамин-тетрауксусной кислоты – 1.
Общим недостатком всех средств, содержащих комплексоны, является то, что комплексоны, интенсивно взаимодействуя с ионами металлов, активно разрушают металлические части оборудования. Ингибиторы кислотной коррозии металлов, способные защищать металлы от воздействия положительно заряженных ионов водорода, не предотвращают воздействие отрицательно заряженных ионов комплексонов. Также комплексоны экстрагируют окислы металлов из стекла, керамики, эмалевых покрытий и других частей, что приводит к их помутнению и портит внешний вид бытовой техники.
Наиболее мягкими моющими средствами, к тому же обладающими экологической чистотой, являются композиции на основе природных или аналогичных природным органических кислот (уксусной, лимонной и т.д.), или органические сульфокислоты.
Так, известен способ очистки поверхности от загрязнений (патент RU № 2209854, опубл. 10.08.2003), включающий обработку при нагревании моющим водным раствором, включающим уксусную кислоту, гидроксиды алюминия или железа либо их смесь. Гидроксид алюминия вводят в количестве 100-660 мл с рН 6,5, уксусную кислоту ледяную от 10 до 45 мл и воду до 1 л. рН моющего водного раствора при введении гидроксида алюминия составляет более 3, при введении гидроксида железа или смеси гидроксидов алюминия и железа более 6. Минимальная температура нагревания 75°C. Обработку при кипячении ведут с удалением твердой пены, появляющейся при растворении накипи.
Однако составы третьей группы обладают невысокой отмывочной емкостью и скоростью растворения накипных отложений (особенно, если эти последние имеют многокомпонентный состав). Также необходимость удаления твердой пены отмытых отложений делает процесс очистки поверхности трудоемким, а если пену не удалять, то отмытые частицы могут вновь адсорбироваться и цементироваться на очищаемой поверхности. Кроме того, многие органические кислоты (уксусная, муравьиная, пропионовая и т.п.) обладают резким специфическим запахом, затрудняющим их применение в бытовых условиях.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является состав средства для очистки оборудования пищевой и перерабатывающей промышленности (патент RU № 2429287, опубл. 20.09.2011) для удаления сложных минерально-органических отложений с металлических поверхностей, а также керамики и стекла. Средство содержит ортофосфорную кислоту, соляную кислоту, неионогенное поверхностно-активное вещество (окись алкилдиметиламина), катионное поверхностно-активное вещество ПАВ (Катамин АБ- алкилдиметилбензинаммоний хлорид) и воду. Для повышения моющей способности в отношении широкого спектра загрязнений, обладающего при этом ингибирующими свойствами, средство дополнительно содержит лимонную кислоту, натриевую соль оксиэтилендифосфоновой кислоты и мочевину (карбамид). Недостатком указанного средства являются недостаточная моющая способность в отношении минеральных загрязнений. Это средство имеет наибольшее сходство с нашим средством для удаления накипи. Использование помимо лимонной кислоты и карбамида ещё и молочной кислоты повышает эффективность готового раствора.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков и создание очищающего средства с высокой моющей способностью в отношении широкого спектра загрязнений в ситуации, когда накипь содержит в себе нефтепродукты, пониженной коррозионной активностью и низкими нормами расхода очищающего средства.
Указанный технический результат достигается тем, что препарат для удаления накипи и очистки внутренних поверхностей теплоэнергетического и технологического оборудования от накипных отложений содержит: уротропин, тиомочевину, мочевину, которые предотвращают коррозию оборудования в процессе его очистки и обладают протекторным действием образования накипи, молочную и лимонную кислоты, неионогенные ПАВ: тритон Х-100 и TWEEN-80, повышающие способность препарата растворять накипь, краситель-индикатор уровня рН (метиловый красный), который меняет цвет на жёлто-бурый при смещении в нейтральную зону, при следующем соотношении компонентов, мас.%: мочевина – 3,5-3,7; молочная кислота – 7-7,5; лимонная кислота – 7-7,5; уротропин – 0,3-0,5; тиомочевина – 0,3-0,5; тритон Х-100 – 1-2; TWEEN-80 – 0,5-1; метиловый красный – 0,1-0,2; вода – 77,1-80,3.
Изобретение относится к минеральному моющему средству. Препарат был разработан для отмывки теплоэнергетического и технологического оборудования на предприятиях нефтеперерабатывающего комплекса. Такое оборудование, помимо накипи также загрязнено различными нефтепродуктами. Часто нефтепродукты и накипные отложения вместе спекаются и не подвержены разложению стандартными моющими средствами. Помимо этого, в препарате также присутствуют добавки, предотвращающие коррозию оборудования в процессе его очистки и обладающие протекторным действием образования накипи. Очистка может производиться без разбора оборудования: во время очистки раствор циркулирует по замкнутому контуру и не повреждает уплотнитель и резиновые материалы. Дополнительно в него также введён краситель-индикатор уровня рН, который меняет цвет при смещении в нейтральную зону. При смена цвета препарата с красного на оранжево-жёлтый, мы можем сделать вывод, что возможности препарата по очистке оборудования исчерпаны и отработанный препарат можно без специальных мероприятий утилизировать путём слива в канализацию.
Препарат может быть получен смешением компонентов.
Основой для приготовления препарата для удаления накипи являются кислоты в сухой и жидкой форме. В совокупности с поверхностно-активными веществами (ПАВ) их способность растворять накипь значительно возрастает.
Для приготовления препарата для удаления накипи на всех этапах необходимо производить растворение компонентов полностью. Если останутся кристаллы или вязкие комки ПАВ, с течением времени они не растворятся сами по себе и являются браком.
Приготовление препарата должно осуществляться в строгой последовательности. Несоблюдение этой последовательности может привести к выбраковке всей партии!
Осуществление изобретения
Препарат для удаления накипи и очистки внутренних поверхностей теплоэнергетического и технологического оборудования от накипных отложений готовят следующим образом.
Исходя из объема производимой партии, вносят половину объема дистиллированной воды в реактор. При включенной мешалке (30-60 об/мин) вносят карбамид, уротропин и тиомочевину. Перемешивание в течение 5 минут. Визуально оценивают отсутствие механических включений нерастворенных твердых веществ. Доводят объём дистиллированной воды до 85% от размера производимой партии. Нагревают до температуры 25-30°С. Отдельно готовят ПАВы: Triton X-100 и Tween 80 вносят в общую емкость объемом 15-20 л. Добавляют (10% от общего объёма производимой партии) дистиллированной воды. Перемешивают до однородности. Сливают в реактор. Перемешивают ПАВы в реакторе до однородного состояния (не должно остаться комков в смеси, если не растворяется – увеличивают нагрев до 40°С и перемешивают до полного растворения. Вносят в реактор лимонную кислоту. Перемешивают до растворения 5-10 мин. Вносят в реактор молочную кислоту. Перемешивают до растворения 3-5 мин.
Внесение индикатора. В емкость вносят необходимый объём индикатора метилового красного. Добавляют дистиллированной воды. Перемешивают до полного растворения. Вносят раствор индикатора в реактор. Перемешивают до однородности.
Испытания для удаления накипи проводились на АО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-МНПЗ». В проведённых 13.11.2019 испытаниях использовался теплообменник с двумя контурами. Для очистки его внутреннего контура в него закачивали подогретый раствор для удаления накипи.
В течение процедуры очистки процесс сопровождался обильным выделением пены. Она занимала значительный объём и как результат – раствор увеличил объём и стал переливаться через край ёмкости. Отсюда можно сделать вывод, что в будущем надо снизить объём вливаемого раствора на 10-20% от полного объёма заполнения ёмкости.
В после процедуры очистки на дне куба образовался слой кусков ржавчины толщиной приблизительно 15-20 см. Надо отметить, что ржавчина из ярко-рыжей (сидерит - карбонат железа) стала красной (гематит – оксид железа). Таким образом произошла химическая реакция не только с карбонатными отложениями, но и с железом. Окись железа - более химически инертное вещество.
Таким образом, использование заявленного препарата обеспечивает повышенные моющие и очищающие характеристики в отношении широкого спектра загрязнений, в том числе, когда накипь содержит в себе нефтепродукты. Также препарат обладает пониженной коррозионной активностью и низкими нормами расхода.
Сопоставительный анализ заявленного препарата показывает, что совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники и, значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».
В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного препарата и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Приведённые сведения подтверждают возможность применения заявленного препарата для удаления накипи и очистки внутренних поверхностей оборудования от накипных отложений, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».