Проблемы с накипью?
Позвоните нам!

Контактная информация

Тел: + 7 (343) 201-51-58
Т/ф: + 7 (343) 222-66-19
г. Екатеринбург,
ул. Первомайская, 104-121

E-mail: mail@antinakipin.ru

 

Качество воды в системах теплоснабжения

 К. т. н.  Я. М. Щелоков, доцент кафедры «Энергосбережение» УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург

Перед персоналом любого энергоисточника возникает комплекс задач по организации надежной и экономичной работы тепловых энергоустановок. К настоящему времени эти требования сформулированы в правилах устройства и эксплуатации различных энергетических установок [1, 2]. Конечная цель при этом – не допускать возникновения коррозии металла и/или образования накипи, отложений и шлама на теплопередающих поверхностях оборудования и трубопроводов в котельных, системах теплоснабжения за счет организации соответствующего водно-химического режима.

Принято считать, что достижение необходимого водно-химического режима работы энергоустановок возможно посредством обеспечения соответствующих концентрационных показателей воды, необходимых для обеспечения ее качественной и количественной характеристик [3].

Однако все попытки распространения этого технологического условия на водно-химические режимы тепловых сетей приводили чаще всего к отрицательным результатам по обеспечению как их надежной работы [1, 2], так и необходимых экономических показателей [4, 5].

Сложившееся противоречие было также подтверждено и в [6], где подчеркивается, что, по мнению теплохимиков, настало время реально оценить все аспекты эксплуатации тепловых сетей и, если это окажется необходимым, пересмотреть нормы их проектирования и эксплуатации.

О настоящей необходимости коренного пересмотра сложившихся схем теплоснабжения было подчеркнуто также и в специальном учебном издании [7]. Именно в данной работе сделана попытка комплексного рассмотрения проблемы организации водно-химических режимов работы систем теплоснабжения, т.е. отопления и горячего водоснабжения (ГВС). Здесь А. П. Баскаковым приведены основные понятия химии воды. Отмечено, что, исходя из концентрационных показателей качества воды, обеспечение нормативных требований к водно-химическим режимам [1, 2] наиболее возможно в двух случаях [7]:

1. Использование в качестве подпиточной химически чистой (нейтральной) воды, где могут распадаться на ионы менее одной из каждых десяти миллиардов молекул. На настоящий период наиболее близка по своему составу к нейтральной – обессоленная вода.

2. Использование так называемой «стабильной» воды, которая по своему определению не выделяет и не растворяет карбонат кальция, являющийся основой всякого рода отложений.

На примере Дании использование условно нейтральной воды в системе теплоснабжения вполне возможно, табл. 1.

Таблица 1

Показатели подпиточной воды
для систем теплоснабжения (Дания)
 
Показатели
 
Умягченная вода
Обессоленная вода
Внешний вид
 
Чистая, бесцветная
Чистая бесцветная
Запах
 
Нет
Нет
Частицы
 
< 5 mg/I
< 1 mg/I
Значение рН (*)
 
9,8 +/– 0,2
9,8 +/– 0,2
Проводимость μS/cm
 
Как сырой воды
< 10
Остаточная жесткоcть dHo
 
< 0,1
< 0,01
Содержание кислорода/ двуокиси углерода
< 0,1/10 mg/I
< 0,1/10 mg/I
Содержание масла и жира
 
Нет
Нет
Содержание хлорида СI-
 
< 300 mg/I
< 1 mg/I
Содержание сульфата SO4--
 
< 1 mg/I
Содержание железа Fetotal
 
< 0,05 mg/I
0,005 mg/I
Содержание меди Cutotal
 
< 0,05 mg/I
< 0,01 mg/I
Бактериологический лимит
 
Официальных норм нет
Официальных норм нет
 
(*) Не рекомендуется устанавливать величину рН аммиаком, так как коррозия меди и медных сплавов может значительно возрастать при величине рН выше 9,0

Но при этом следует обратить внимание на недопустимость в системах теплоснабжения использования алюминия, который подвергается коррозии при рН выше 8,7.

Возможность перехода на использование «нейтральной» воды в данном случае вызвано тем, что в системах теплоснабжения Дании средние потери воды составляют не более 0,15 % в сутки, т.е. не более 1,5 л на каждый куб. м воды (по данным HydroХ).

В условно закрытых системах отопления, с вероятностью несанкционированных отборов воды, и тем более для систем с открытым водоразбором, применение даже просто умягченной воды становится экономически не реальным.

Что касается стабильности воды (по СаСО3), то теоретически это возможно только при неизменном температурном режиме работы системы теплоснабжения. Данное условие не выполнимо, по крайней мере, для водяных систем. Более того, по данным ВТИ [8] в некоторых тепловых сетях наблюдается значительная (до 20-25 оС) разница температур уже в подающих линиях ее магистралей.

То есть по ряду объективных (динамика температуры теплоносителя, климатические условия и др.) и субъективных (объемы утечек сетевой воды, квалификация обслуживающего персонала и др.) факторов, как правило, невозможно обеспечить надежную работу отечественных тепловых сетей только за счет поддержания соответствующих концентрационных показателей воды.

Именно поэтому в [7] подробно проанализированы результаты работ за последние 40-50 лет по созданию аппаратных устройств, режимных мероприятий и др. по предотвращению накипеобразования и коррозии в системах теплоснабжения.

Проведено сравнение таких методов обработки воды как ионный обмен (химический метод), стабилизационная обработка воды (органические фосфонаты, акрилаты и др.), безреагентная противонакипная обработка воды (магнитная, ультразвуковая и др.) и т. д.

Отмечено, что принципиальной особенностью ионного обмена является необходимость строго выдерживать пропускную способность катионитовых фильтров по подпиточной воде, своевременно и качественно выполнять все технологические операции. С другой стороны, у системы отопления и ГВС любого типа регулярно или периодически требуются изменения расхода подпиточной воды в широком диапазоне – нередко в десятки раз. То есть эти два технологических процесса – ионный обмен и система водяного теплоснабжения, тем более открытого, - практически несовместимы. И все попытки их объединить, неизбежно связаны с необходимостью хотя бы периодического питания систем отопления и ГВС сырой водой со всеми вытекающими отсюда неприятными последствиями. Важно отметить, что этот метод водоподготовки является пассивным в отношении уже имеющейся накипи, т.е. все «проскоки» солей жесткости и перерывы в работе ионообменных фильтров (подпитка напрямую) приводят к постепенному увеличению трудноудаляемых отложений [5]. И даже в условиях систем теплоснабжения Дании требуется дополнительно вводить специальные реагенты, преобразующие соли жесткости в шлам [9].

Неслучайно и нередко вопреки существующим нормам проектирования и эксплуатации на многих ТЭЦ России уже более 10 лет остановлены все установки водоподготовки для теплосетей и дозируется только комплексон (органические фосфонаты) [6], а в котельных используется та же стабилизационная обработка воды и/или безреагентные методы [7].

При этом в [7] обращается внимание на наличие определенных проблем при использовании так называемых «нехимических» методов водоподготовки, куда некоторые авторы относят и обработку воды комплексонами [10]. Вызвано это тем, что количество вводимого реагента значительно ниже стехиометрического состава.

Тем не менее, в определенных температурных режимах образования отложений не происходит. И этот эффект достигается не за счет удаления из воды накипеобразующих элементов, а подавляются их накипеобразующие свойства [7]. При этом одновременно снижается коррозионная активность воды, ингибируется поверхность металла и постепенно удаляются ранее имевшиеся отложения, табл. 2.

Таблица 2

 Данные анализов сетевой воды системы теплоснабжения с открытым водоразбором до и после применения реагента СК-110 [7]
 
Показатели качества воды
ПДК,
питьевая вода
До внедрения,
1996 г.
После внедрения,
1999 г.
Цветность, град
 
20
60
20
Мутность, мг/л
 
1,5
2,0
0,58
рН
 
6-9
7,8-8,5
6,8-7,2
Железо, мг/л
 
0,3 (до 1,0)
0,88
0,35-0,48
Марганец, мг/л
 
0,1
0,07-0,18
0,0-0,0071
Медь, мг/л
 
1,0
0,04
нет
Цинк, мг/л
 
5,0
0,03
нет
Алюминий, мг/л
 
0,5
0,0115-0,026
нет
 

Да, этот метод «не совсем химический», а есть комплекс физико-химических процессов. Причем у каждого из них свои стехиометрические соотношения. Но, на ряде конструкций котельного и теплообменного оборудования при определенных режимах их работы, эти стехиометрические соотношения не обеспечиваются.

В большинстве случаев вызвано это отказом пересмотреть сложившиеся нормы проектирования и эксплуатации этого оборудования [6]. От себя заметим, что изменить здесь ситуацию возможно только отменой существующего в ПТЭ [2] разрешения заводам-изготовителям самостоятельно устанавливать показатели (нормы) качества воды для тепловых энергоустановок. Пока это разрешение сохраняется, будут и далее упрощаться гидравлические схемы котлов, снижаться скорости движения воды в трубах, в экранных контурах и т.д. и т.п. [7, 11].

Хотя и в этой сложившейся схеме развития конструкций котлов на максимальное упрощение их гидравлических характеристик появились реальные позитивные изменения. Это водогрейные котлы со встроенными теплообменниками [12], переход на двухконтурные схемы систем теплоснабжения и др.

В заключение следует отметить, что проблемы, затронутые в рассматриваемом здесь издании [7], получили дальнейшее развитие в справочном издании по водному хозяйству промышленных предприятий [13].

Литература

1.       ПБ 10-374-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. – Спб.: Изд-во ДЕАН, 2003.
2.       Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. – СПб.: Изд-во ДЕАН, 2003.
3.       Копылов А. С., Лавыгин В. М., Очков В. Ф. Водоподготовка в энергетике: Учебное пособие для вузов. – М.: Изд-во МЭП. 2003.
4.       Щелоков Я. М. О схемах подготовки воды для систем тепловодоснабжения // Промышленная энергетика. 1991. № 1.
5.       Белоконова А. Ф. Результаты внедрения новой технологии подготовки подпиточной воды для тепловых сетей с открытым водоразбором // Электрические станции. 1997. № 6.
6.       Федосеев Б. С. Современное состояние водоподготовительных установок и водно-химических режимов ТЭС // Теплоэнергетика. 2005. № 7.
7.       Баскаков А. П., Щелоков Я. М. Качество воды в системах отопления и горячего водоснабжения: Учебное пособие. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2002.
8.       Байбаков С. А., Тимошкин А. С. Основные направления повышения эффективности тепловых сетей // Электрические станции. 2004. № 7.
9.       Оле Кристенсен, Свенд Андерсен. О системах водоподготовки на ТЭЦ в Дании // Новости теплоснабжения. 2002. № 10.
10.     Резник Я. Е. О «нехимических» методах обработки воды // Энергосбережение и водоподготовка. 2006. № 5.
11.     Щелоков Я. М. О техническом регламенте безопасной эксплуатации тепловых энергоустановок // Промышленная энергетика. 2006. № 4.
12.     Водогрейные котлы с кипящей водой низкого давления со встроенными теплообменниками  /   К. А. Жиделов,    В. Ф. Киселев,   В. Б. Кулемин,   В. В. Проворов, Н. М. Сергиенко // Новости теплоснабжения. 2006. № 10.
13.     Водное хозяйство промышленных предприятий: справочное издание: Книга 3 /В. И. Аксенов, Я. М. Щелоков, Ю. А. Галкин, И. И. Ничкова, М. Г. Ладыгичев. М.: Теплотехник. 2007. – 368 с.