3.2. Дальнейшее развитие метода оценки коррозионно-накипных свойств природной воды Сложность расчетов индекса Ланжелье привела к тому, что за последние 60 лет предпринимались неоднократные попытки упростить и усовершенствовать метод, предложенный им. 3.2.1. Индекс стабильности Ризнара (ИСР) Индекс стабильности Ризнара (ИСР) является попыткой учесть эмпирические данные о наблюдаемой толщине отложений в городских водопроводных сетях. Также как и индекс Ланжелье, ИСР основывается на учете концентрации растворенного вещества. Ризнар предлагает определять соотношение между растворимостью карбоната кальция и образованием накипи. Индекс Ризнара рассчитывается по уравнению: ИСР = 2 pHCaCО3– pHизм., (17) где pHCaCО3 — значение активности ионов водорода в насыщенном растворе карбоната кальция; pHизм. — измеряемая активность ионов водорода в анализируемой воде. Выводы из оценки ИСР по уравнению (17): ❏ИСР 򖅆— вода склонна к образованию отложений. Эта склонность возрастает по мере уменьшения значения ИСР; ❏ИСР 򖅇 — карбонат кальция откладывается, но поверхность стали от коррозии не защищает; ❏ИСР 򖅈 — с ростом величины ИСР пропорционально возрастает интенсивность коррозии. 3.2.2. Индекс Паккориуса для оценки способности воды к накипеобразованию (ИНП) Некоторые методики расчетов коррозионно-накипных индексов не учитывают два критических параметра: буферную емкость воды и максимальное количество осадка, которое может образовывать природная вода в равновесных условиях. Индекс накипеобразующей способности Паккориуса позволяет измерить соотношение между насыщенным состоянием и накипеобразованием, учитывая буферную емкость воды. Вода, богатая кальцием, но с низкой общей щелочностью (ОЩ) и низкой буферной емкостью, может иметь высокую растворимость кальцита. Концентрация кальция растет с ростом произведения активности ионов. Зависимость произведения активности ионов от количества выпадающего из воды осадка сопровождается ощутимым снижением рН по мере как осаждения кальция, так и по мере снижения буферной емкости раствора. Даже незначительное снижение концентрации карбонат-иона в воде сильно уменьшает произведение активности ионов. И наоборот, даже незначительный рост концентрации карбонатиона приводит к осаждению кальцита. Вода при пересыщении по карбонату кальция, но не обладающая буферной емкостью, неспособна поддерживать рН, при котором образуется кальцит. Индекс накипеобразующей способности Паккориуса расчитывается так же как и индекс стабильности Ризнара. Для учета влияния буферности системы Паккориус используют при расчетах равновесное рНэкв., а не измеренное рНизм.: ИНП = 2 pHCaCО3– pHэкв., (18) где pHCaCО3 — значение активности ионов водорода в насыщенном растворе карбоната кальция; рНэкв. — равновесная активность ионов водорода: рНэкв. = 1,465 lgAlk+ 4,54, где Alk — общая щелочность: Alk = HCO3 –+ 2 CO3 2–+ OH–(квадратные скобки — символ равновесной концентрации). 3.2.3. Индекс Ларсона-Скольда (ИЛС) Индекс Ларсона-Скольда (ИЛС) [5] характеризует коррозионную способность воды по отношению к низкоуглеродистой стали и стальным образцам. ИЛС разработан на основе многолетних наблюдений коррозии трубопровода из низкоуглеродистой стали, по которому транспортируется вода Великих Озер (на границе США и Канады). Индекс Ларсона-Скольда представляет собой отношение суммы эквивалентных концентраций хлорионов (Cl–) и сульфат-ионов (SO4 2–) к сумме эквивалентных концентраций гидрокарбонат-ионов и карбонат-ионов: ИЛС = CCl– + CSO4 2–CHCO3 2– + CCO3 2–. (19) ИЛС устанавливает причинную взаимосвязь между обычными скоростями коррозии и резкими повышениями ее скорости, которые наблюдаются в воде Великих Озер. Экстраполяция этих данных на воды других источников, как с низкой, так и с крайневысокой щелочностью, неправомочна. ИЛС — испытанный полезный инструмент в предсказании коррозионной агрессивности охлаждающей воды в водооборотных циклах. Учитывая огромные объемы воды Великих Озер, используемой для охлаждения, особый интерес ИЛС представляет в случае применения ингибиторов коррозии, механизм действия которых основан на использовании естественной щелочности и пленкообразующей способности охлаждающей воды. ИЛС интерпретируется следующим образом способом: ❏ИЛС 򖅀,8 — хлориды и сульфаты не влияют на естественное образование защитной пленки; ❏򖅀,8 ИЛC 򖅁,2 — хлориды и сульфаты затрудняют образование защитной пленки. Наблюдается более высокая, в сравнении с нормальной, скорость коррозии стали; ❏ИЛС 򖅁,2 — высокая скорость точечной коррозии по мере повышения значения индекса. 3.2.4. Индекс Стиффа-Девиса (ИСД) Индекс Стиффа-Дэвиса [6] является попыткой преодолеть недостатки индекса Ланжелье в случаях, когда концентрация солей жесткости в воде высокая и эффекта «общего иона» оказывает влияние на движущую силу образования отложений. Подобно ИЛС, ИСД базируется на концепции растворимости. Произведение растворимости, используемое для расчетов рН насыщенного раствора (pHS), эмпирически преобразовано в ИСД. ИСД показывает более низкую способность воды к образованию накипи, чем индекс Ланжелье в тех же условиях и при том же составе воды. Разница между показаниями индексов возрастает по мере роста ионной силы раствора. Интерпретация ИСД проводится по той же самой шкале, что и при расчетах индекса Ланжелье. 3.2.5. Индекс Оддо-Томсона (ИОТ) Индекс Оддо-Томсона [7] позволяет оценивать влияние импульсных давлений и парциального давления СО2 на pH воды и растворимость карбоната кальция. Эта эмпирическая модель также учитывает поправки на присутствие двух или трех фаз (вода, газ, и нефть). Интерпретация индекса ведется по той же шкале, что и в ИЛС и ИСД. 4. Упрощенный расчет индекса Ланжелье Как уже было отмечено ранее, расчет индекса Ланжелье достаточно сложен для не специалиста. Вполне естественно, что попытки упростить его предпринимались неоднократно. Отметим, что значения коэффициентов активности одно- и двухзарядных ионов, а затем и ионной силы раствора, определяются только их зарядом и концентрацией, но не химическими свойствами. Уместно напомнить, что мы обсуждаем варианты расчета для очень слабого раствора, в котором коэффициенты активности близки к единице. Например, верхний предел применимости уравнения (2) ограничен концентрацией карбоната кальция 8,5 мг-экв/л или приблизительно 0,04 %. В 2 %-м растворе соляной кислоты, в 5 %-м растворе серной и азотной кислот активность воды порядка 0,98. В 2 %-м растворе карбоната натрия активность воды порядка 0,99, а карбоната калия—0,995. Поскольку индекс Ланжелье скорее качественный, чем количественный показатель, задачу расчета можно существенно упростить. Можно заменить расчет ионной силы и коэффициентов активности ионов различного заряда измерением массы «сухого остатка», то есть общей массы всех солей, остающихся в пробе раствора после выпаривания. В этом случае не надо делать полный количественный химический анализ пробы воды. Достаточно просто высушить определенный объем воды и измерить взвешиванием массу осадка. Более того, массу растворенных в единице объема веществ легко и быстро можно установить с помощью уравнений (1) или (2) по электропроводности раствора, как это описано в разделе 2.1. ... Продолжение читайте в печатной версии журнала "Сантехника, Отопление, Кондиционирование."