Некоторые аспекты защиты поверхностей нагрева выпарной

Виступи учасників конференції
Некоторые аспекты защиты поверхностей нагрева выпарной
станции от накипи
Хелемендик Євген Іванович – заступник голови правління ПАТ
“ЛАН”
Необходимость борьбы с отложениями на поверхности нагрева
выпарной станции (ВС) сахарного завода давно не вызывает
сомнений. Известно также, что основным накипеобразующим агентом
здесь, – 90÷95% в массе осадка, являются соли кальция. Причина,
по которой мы хотим снова поднять эту тему – высокое содержание
солей кальция в соке, поступающем на ВС, наблюдаемое в последние
три сезона сахароварения. На сахарных заводах Украины этот
показатель был 0,3÷0,6% к массе СВ сока, что в среднем в три
раза выше, чем привычные в предшествующие годы 0,1÷0,25%.
Наблюдавшийся в этот период максимум содержание солей кальция
в соке, поступающем на ВС, на отдельных заводах достигал 1,2% к
массе СВ сока. В тоже время наблюдается значительный разброс во
времени сокодобывания, – от 30÷45 до 120 суток на заводах Украины
и даже до 140÷160 суток на заводах Российской Федерации.
Именно в ракурсе этих обстоятельств мы и предлагаем рассмотреть
вопрос защиты поверхности нагрева ВС от образования отложений.
Самым простым и очевидным способом, применяемым для борьбы
с отложениями на некоторых сахарных заводах до настоящего
времени, является периодическая, по мере необходимости, очистка
поверхности нагрева путем «выварки». Для этого применяют
щелочные и кислотные реагенты (например, кальцинированную
соду и серную кислоту) а так же активаторы их действия в разных
комбинациях. При этом применяется как выварка всех корпусов ВС
одновременно с остановкой переработки свеклы на период очистки
(до трёх суток), так и выварка «на ходу» с выводом очищаемого
корпуса из эксплуатации, если такая возможность предусмотрена.
Периодичность такой очистки определяется необходимостью
выдерживания температуры экстрапара, обеспечивающего варку
утфелей в вакуум-аппаратах, либо определенного содержания
СВ сиропа после ВС, либо достижением предельных давления и
температуры ретурного пара. При длительности сезона переработки
свеклы 90 дней и среднем содержании солей кальция (Са++) в
соке, поступающем на ВС, 0,1÷0,15% по массе СВ сока, как правило
«выварка» производится одон раз за сезон. Минимально стоимость
такой очистки с остановкой переработки свеклы на 2 суток от 400
до 800 тыс. гривен (50÷100 тыс. долларов США), в зависимости от
методики очистки и методики расчета потерь от простоя завода. В
случае если содержание Са++ и (или) длительность сокодобывания
превышают указанные выше, периодичность и стоимость этого
стр 145
Виступи учасників конференції
мероприятия вырастает в разы.
При малой длительности сезона – 30÷50 суток, что характерно
для ряда сахарных заводов Украины в последние годы, возможно
обойтись и без промежуточной очистки поверхностей нагрева. Однако
и в этом случае следует учитывать перерасход топлива на переработку
свеклы в количестве 0,3÷1,0% условного топлива, обусловленный
сдвигом пароотборов в сторону первых корпусов ВС по мере роста
температурных перепадов из-за отложения накипи. Это верно и для
описанного выше метода работы с периодической «вываркой». Такие
потери оцениваются еще в 1÷3 млн. грн. (125÷375 тыс. долларов
США) на 100 тыс. тн переработанной свеклы.
Однако основной недостаток такого подхода к проблеме
отложений на поверхности нагрева ВС даже не в этом. Невозможность
выдерживания стабильного температурного режима на ВС, не
позволяет реализовать прогрессивные решения по реконструкции
тепловой схемы завода, такие как перенос грева вакуум-аппаратов
на III, IV и даже V корпуса ВС. А именно такие решения обеспечивают
значительную экономию, – 1,5÷3,0% условного топлива по массе
переработанной свеклы.
Для реализации таких решений и был разработан ряд мероприятий
по снижению содержания солей Са++ в соке а так же по защите
поверхности нагрева ВС от отложений. Очень обстоятельно подход к
этой проблеме освещен в статье «Умягчение сока и защита выпарной
установки», автор Петер Буррофс, 1/2009 «Сахар и свекла», где
обобщен опыт работы автора на заводах «Бритиш Шугар». Из
материалов этой статьи можно сделать ряд выводов, имеющих
отношение к рассматриваемой проблеме:
• Необходимо применять все доступные методы снижения
содержания солей Са++ в соке, поступающем на ВС, включая
агротехнику выращивания сахарной свеклы, предотвращение
поступления таких солей в сок с питательной водой дифузионного
аппарата и другими путями, оптимизацию процесса ІІ сатурации,
разные способы декальцинации и т.д.;
• Непосредственно защиту поверхности нагрева ВС от
образования накипи необходимо осуществлять при помощи
ингибиторов накипеобразования;
• Предельное снижение содержания солей Са++ в образующемся
на поверхностях нагрева ВС осадках – 8÷12% по массе накипи.
Добиваться дальнейшего снижения этого показателя увеличением
дозировок антинакипина не целесообразно.
• Указанный результат достигнут дозированием 3,5 кг на 100 т
свеклы антинакипина (30% активного вещества) на сок с содержанием
0,05 г СаО/100 г СВ (0,05% к массе СВ сока), примерно 60 мг/л Са++,
что соответствует СВ сока 12%. Не имея данных о количестве сока,
поступающего на ВС, следует предположить расход антинакипина от
стр 146
Виступи учасників конференції
25 гр/м³ сока при количестве сока 140% по массе свеклы до 29 гр/
м³ сока при 120% сока. Соответственно для 25 гр/м³ антинакипина,
с содержанием активного вещества 30%, расход активного вещества
(полиакрилата натрия) составил 13,26 мг на 100 мг солей Са++
(СаО).
Антинакипины, применяемые в сахарной промышленности
для защиты поверхности нагрева корпусов выпарной станции от
отложения накипи (Антипрекс ССЦ, КЕБО ДС, Полистабиль VZK и
др.), представляют собой водные растворы натриевой соли акриловой
кислоты (полиакрилата натрия).
Эффект от применения антинакипинов на сахарном заводе
достигается за счет свойств полиакрилата натрия, позволяющих
достичь:
• «порогового эффекта» – повышение максимального уровня
концентрации солей Ca и Ma в растворе;
• адсорбции карбоксильными группами на узлах решетки
катионов кальция или магния в кристаллах образующейся накипи,
блокирующей их дальнейший рост;
• уменьшения
способности
прилипания
образующихся
кристаллов в результате сильного дефлокулирующего воздействия,
в результате чего осадок удерживается в растворе в виде
мелкодисперсной суспензии.
По данным фирм-производителей, входящие в состав их
антинакипинов полиакрилаты отличаются по пику молекулярной
массы (от 1200 до 8000 а.е.м.), по распределению молекулярной
массы полимера, порядку чередования мономеров, а так же степени
нейтрализации (насыщенности ионами Na+), что отображается на
рН раствора. Подбор этих свойств при производстве конкретного
продукта направлен на достижение максимального эффекта для
конкретных условий (солевого комплекса), в нашем случае для
условий упаривания сока на выпарной станции сахарного завода.
Из описанного механизма действия следует, что в условиях
сахарного завода потребность в полиакрилате натрия для достижения
заданного эффекта с достаточной для практического применения
точностью, находится в прямой зависимости от содержания солей
кальция в соке, поступающем на ВС. Исходя из этого, допустимо
предположить, что для достижения описанного в статье Петера
Буррофса эффекта защиты поверхности нагрева при солях Са++
в соке 0,12% и СВ сока 14% (168 мг на литр сока), что более
характерно для условий заводов СНГ, потребуется полиакрилата
натрия около 22,28 гр/м³ сока. При характерном для наших условий
расходе сока на ВС 124% по весу свеклы, это соответствует 6,14 кг
на 100 тн свеклы антинакипина с содержанием активного вещества
45%, или 9,21 кг на 100 тн для антинакипина с 30% содержанием
активного вещества. При дальнейшем росте содержания солей
кальция, поддержание такой дозировки требует финансовых затрат,
стр 147
Виступи учасників конференції
сопоставимых с эффектом от достигаемой экономии топлива. Так, при
содержании солей кальция в соке 0,6% по массе СВ и тех же 14% СВ
и 124% сока по массе свеклы (что соответствует 840 мг СаО на литр
сока), выдерживание этой дозировки потребует полиакрилата натрия
111,4 гр/м³ сока. При использовании антинакипина с содержанием
активного вещества 30%, его расход составит 371,3 гр/м³ сока. При
средней стоимости такого антинакипина 2,8 ЕВРО/кг без НДС на 100
000 тн переработанной свеклы стоимость антинакипина составит
около 129 тыс ЕВРО без НДС. В то же время стоимость природного
газа, по количеству эквивалентного 0.5% условного топлива по весу
переработанной свеклы для тех же 100 000 тн свеклы составит около
140 тыс. ЕВРО (при стоимости природного газа 300 долларов США за
тысячу условных куб. м.). Такой подход в плановом порядке вряд ли
целесообразен.
Одновременно
следует
учитывать
также
ограничения
разрешительных органов на применение антинакипинов. Как
известно, для некоторых антинакипинов предельно допустимая доза
(ПДД) составляет 25 гр/м³ сока, для антинакипинов нашей поставки
это 50гр/м³ сока. Отсутствие установленной ПДД для конкретного
антинакипина говорит только о действии ограничения директивы
ФДА (FDA), на соответствие которой ссылается производитель либо
самого антинакипина, либо сырья из которого тот произведен. В
противном случае такой антинакипин, скорее всего, не предназначен
для использования при производстве пищевых продуктов.
Именно в силу этих причин применение антинакипинов является
лишь одним из мероприятий по борьбе с отложениями на поверхностях
нагрева, образно говоря, – последним рубежом обороны на пути
образования накипи.
Наши специалисты имеют многолетний опыт внедрения схем
дозировок и сопровождения использования антинакипинов на более
чем 120 предприятиях сахарной промышленности Украины, России,
Беларуси и Молдовы. Благодаря использованию антинакипинов
высокого качества (содержание активного вещества около 45%,
оптимальная масса и структура молекул полиакрилата натрия,
высокая ПДД), а также навыков наших специалистов по организации
дозирования, нам удалось обеспечить удовлетворительные результаты
в этом мероприятии даже в крайне тяжелых условиях эксплуатации
ВС, как например на сахарном заводе «Цукрове» в сезоне 2011 г,
когда среднее содержание солей кальция в соке составило 0,8%, а
в отдельные декады составляло даже более 1,0% по массе СВ сока.
В то же время необходимо отметить, что важное значение для
определения дозировок, организации дозирования и обеспечения
результатов имеют местные условия конкретного завода и наши
специалисты всегда готовы разработать и обеспечить внедрение всего
комплекса мероприятий по защите поверхности нагрева выпарной
станции конкретно Вашего предприятия.
стр 148