Водородный показатель теплоносителя. Требования к качеству сетевой и подпиточной воды тепловых сетей
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 . 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 .
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 , так и необходимых экономических показателей .
Сложившееся противоречие было также подтверждено и в , 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 . 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 наиболее возможно в двух случаях .
1. Использование в качестве подпиточной химически чистой (нейтральной) воды, где могут распадаться на ионы менее одной из каждых 10 млрд 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, мг/л | <5 | <1 |
| Значение рН* | 9,8±0,2 | 9,8±0,2 |
| Проводимость (iS/cm | как сырой воды | <10 |
| Остаточная жесткость dH° | <0,1 | <0,01 |
| Содержание кислорода/двуокиси углерода, мг/л | <0,1/10 | <0,1/10 |
| Содержание масла и жира | нет | нет |
| Содержание хлорида Cl~, мг/л | <300 | <1 |
| Содержание сульфата SO4, мг/л | - | <1 |
| Общее содержание железа Fe, мг/л | <0,05 | <0,005 |
| Общее содержание меди Си, мг/л | <0,05 | <0,01 |
| Бактериологический лимит | официальных норм нет | официальных норм нет |
Но при этом следует обратить внимание на недопустимость в системах теплоснабжения использования алюминия, который подвергается коррозии при pH выше 8,7.
Возможность перехода на использование «нейтральной» воды в данном случае вызвана 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 м3 воды (поданным HydroX).
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 CaCO3), то теоретически это возможно только при неизменном температурном режиме работы системы теплоснабжения. Данное условие не выполнимо, по крайней мере, для водяных систем. Более того, поданным ВТИ в некоторых тепловых сетях наблюдается значительная (до 20-25 ОC) 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 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 . И даже в условиях систем теплоснабжения Дании требуется дополнительно вводить специальные реагенты, преобразующие соли жесткости в шлам .
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) , а в котельных используется та же стабилизационная обработка воды и/или безреагентные методы .
При этом в обращается внимание на наличие определенных проблем при использовании так называемых «нехимических» методов водоподготовки, куда некоторые авторы относят и обработку воды комплексонами . 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 . 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 .
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 . От себя заметим, что изменить здесь ситуацию возможно только отменой существующего в
ПТЭ 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. .
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 , переход на двухконтурные схемы систем теплоснабжения и др.
В заключение следует отметить, что проблемы, затронутые в рассматриваемом здесь издании , получили дальнейшее развитие в работе .
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 тепло-водоснабжения // 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 водоподготовитель-ных установок и водно-химических режимов ТЭС // Теплоэнергетика. 2005. № 7.
7. БаскаковА.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.
Водно-химический режим тепловых сетей должен обеспечить их эксплуатацию без повреждений и снижения экономичности, вызванных коррозией сетевого оборудования, а также образованием отложений и шлама в оборудовании и трубопроводах тепловых сетей.
Для выполнения этих условий показатели качества сетевой воды во всех точках системы не должны превышать значений, указанных в таблице Е.1 .
Таблица Е.1 - Нормы качества сетевой воды
|
Наименование показателя | |
|
Значение рН для систем теплоснабжения: | |
|
открытых | |
|
закрытых | |
|
открытых | |
|
закрытых | |
|
Количество взвешенных веществ, мг/дм, не более | |
|
открытых | |
|
закрытых | |
|
* По согласованию с уполномоченными органами исполнительной власти (Роспотребнадзор) допускается 0,5 мг/дм. |
|
В начале отопительного сезона и в послеремонтный период допускается превышение норм в течение 4 недель для закрытых систем теплоснабжения по содержанию соединений железа - до 1,0 мг/дм, растворенного кислорода - до 30 мкг/дми взвешенных веществ - до 15 мг/дм.
При открытых системах теплоснабжения по согласованию с санитарными органами допускается отступление от действующих норм для питьевой воды по показателям цветности до 70° и содержанию железа до 1,2 мг/дмна срок до 14 суток в период сезонных включений эксплуатируемых систем теплоснабжения, присоединения новых, а также после их ремонта.
Качество подпиточной воды по содержанию свободной углекислоты, значению рН, количеству взвешенных веществ и содержанию нефтепродуктов не должно превышать значений, указанных в таблице Е.1. Содержание растворенного кислорода в подпиточной должно быть не более 50 мкг/дм.
Качество подпиточной и сетевой воды открытых систем теплоснабжения и качество воды горячего водоснабжения в закрытых системах теплоснабжения должно удовлетворять требованиям к питьевой воде в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074 и СанПиН 2.1.4.2496.
Использование в закрытых системах теплоснабжения технической воды допускается при наличии термической деаэрации с температурой не менее 100 °С (деаэраторы атмосферного давления). Для открытых систем теплоснабжения согласно СанПиН 2.1.4.2469 деаэрация должна также производиться при температуре не менее 100 °С.
Непосредственная добавка гидразина и других токсичных веществ в систему теплоснабжения не допускается.
Другие реагенты (серная кислота, едкий натр, силикат натрия и др.), используемые для обработки сетевой и подпиточной воды закрытых и открытых систем теплоснабжения, должны отвечать соответствующим требованиям.
При использовании для подготовки подпиточной воды теплосети технологий, связанных с изменением ее ионного состава (натрий- и водород - катионирование, мембранная обработка и др.), для оценки накипеобразующих свойств обработанной воды используется показатель - карбонатный индекс - предельное значение произведения общей щелочности и кальциевой жесткости воды (мг-экв/дм), выше которого протекает карбонатное накипеобразование с интенсивностью более 0,1 г/(м·ч).
В соответствии с данным определением предельное (нормативное) значение карбонатного индекса сетевой воды равно
,
(Е.1)
где и- соответственно предельно допустимые значения кальциевой жесткости и общей щелочности сетевой воды, мг-экв/дм.
Нормативные значения при нагреве сетевой воды в сетевых подогревателях приведены в таблице Е.2, а при нагреве ее в водогрейных водотрубных котлах - в таблице Е.3 .
Таблица Е.2 - Нормативные значения при нагреве сетевой воды в сетевых подогревателях в зависимости от рН воды
|
(мг-экв/дм)при значениях рН |
||||
|
не выше 8,5 | ||||
Таблица Е.3 - Нормативные значения при нагреве сетевой воды в водогрейных водотрубных котлах в зависимости от рН воды
|
Температура нагрева сетевой воды, °С |
(мг-экв/дм)при значениях рН |
|||
|
не выше 8,5 | ||||
|
* При рН сетевой воды выше 10,0 величина не должна превышать 0,1 (мг-экв/дм). |
||||
Для закрытых систем теплоснабжения с разрешения энергосистемы верхний предел значения рН сетевой и подпиточной вод допускается не более 10,5 .
Значение подпиточной воды для открытых систем теплоснабжения должно быть таким же, как нормативное значениедля сетевой воды.
Значение подпиточной воды для закрытых систем теплоснабжения должно быть таким, чтобы обеспечить нормативное значениесетевой воды с учетом присосов водопроводной воды в сетевую.
Карбонатный индекс подпиточной воды равен
,
(Е.2)
где - допустимая кальциевая жесткость подпиточной воды, мг-экв/дм;
Щелочность подпиточной воды, зависящая от технологии подготовки подпиточной воды, мг-экв/дм.
Значение рассчитывается следующим образом.
При известных значениях щелочности подпиточной и водопроводной воды щелочность сетевой составит
где , равная и- щелочность водопроводной и сетевой воды, мг-экв/дм;
Доля реальных присосов водопроводной воды (%) по отношению к расходу подпиточной воды
где ,и- общая жесткость соответственно сетевой, подпиточной и водопроводной воды, мг-экв/дм.
При отсутствии эксплуатационных данных по значению присосов водопроводной воды долю присосов рекомендуется принимать равной 10% при использовании водо-водяных кожухотрубных подогревателей и 1% при использовании пластинчатых подогревателей согласно .
При таком значении допустимая кальциевая жесткость сетевой водысоставит
,
(Е.5)
где - карбонатный индекс сетевой воды по таблице Е.2 или Е.3.
Допустимая кальциевая жесткость подпиточной воды не должна превышать значения, рассчитанного по формуле (Е.6):
где - кальциевая жесткость водопроводной воды, мг-экв/дм.
Организация, эксплуатирующая тепловые сети, должна организовать постоянный контроль за качеством сетевой воды в обратных трубопроводах и выявлять абонентов, ухудшающих ее качество.
Допускается замена технологий обработки подпиточной воды системы теплоснабжения, связанных с изменением ее ионного состава, другими эффективными способами при условии надежного обеспечения работы системы без повреждения ее элементов вследствие отложений накипи, шлама и при отсутствии интенсификации процессов коррозии.
Разрешается применение ингибиторов накипеобразования и коррозии, соответствующих условиям эксплуатации оборудования. Тип и доза применяемых ингибиторов для каждого конкретного случая определяются специализированными организациями, разрабатывающими технологию их применения в соответствии с . Необходимость индивидуального подхода при выборе типа и дозы ингибиторов обусловлено влиянием значительного числа факторов на эффективность их применения, в первую очередь концентрации и типа органических соединений в сетевой воде.
Поставка ингибиторов коррозии и накипеобразования должна проводиться в соответствии с Техническими условиями и иметь разрешительные документы на их применение в соответствующих условиях.
Для предотвращения накипеобразования и коррозии в тепловых сетях используются также магнитные, ультразвуковые, электрохимические и другие физические методы воздействия на подпиточную и сетевую воды.
Оптимальные условия применения этих технологий определяются организациями, осуществляющими поставку соответствующего оборудования.
Использование ингибиторов накипеобразования и коррозии, а также физических технологий обработки воды позволяет эксплуатировать тепловые сети при значениях карбонатного индекса, значительно (в несколько раз) превышающих приведенные в таблицах Е.2 и Е.3, снизить коррозионные процессы, сократить затраты на подготовку подпиточной воды, обеспечить работу тепловой сети без образования минерализованных сточных вод.
Давайте посмотрим, что нам сообщает о поведении алюминия в системах отопления, к примеру, Германское Инженерное Общество (VDI - VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE):
Меры по предотвращению повреждения водяных систем отопления
VDI 2035
Часть 2
7.4 Алюминий и алюминиевые сплавы
Благодаря хорошей теплопроводности и низкой плотности, алюминий и алюминиевые сплавы могут использоваться для радиаторов и теплообменниках.
Коррозия алюминиевых материалов в основном предопределяется рН теплоносителя. В воде на алюминии образуются пленки оксидов алюминия, которые в диапазоне значения рН от 6,5 до 8,5 теплоносителя достаточно стабильны и защищают металл от коррозии. Однако этот защитный слой может быть разрушен повышенными кислотностью или щелочностью теплоносителя. Если защитные слои нарушены или уничтожены, т.н. равномерная коррозия алюминия происходит беспрепятственно.
Одновременно с окислительной коррозией в установках водяного отопления с алюминиевыми деталями при pH свыше 8,5 происходит образование водорода.
Даже при полном отсутствии кислорода при значениях рН выше 8,5 при высвобождении водорода образуется алюминат (соль алюминиевой кислоты) Al (OH)4. Поскольку алюминат растворим, никаких защитных плёнок не образуется. В результате при рН теплоносителя выше 8,5 коррозия алюминия происходит без ограничения.
По этой причине деградация алюминия может происходить не только в случае наличия кислорода, но и при его отсутствии в теплоносителе. При использовании алюминиевых деталей в системах водяного отопления при нестабильном составе теплоносителя, или при его подпитке свежей водой рассчитывать на безаварийную эксплуатации можно только при соблюдении указанных ограничений по величине pH теплоносителя.
Примечание: в воде, которая содержит ионы натрия или гидрокарбонатов, при очень высоких температурах и значениях рН более 8,5 возникает выделение СО2.
В отличие от чистого алюминия, некоторые алюминиевые сплавы могут, в соответствии со спецификациями завода-изготовителя, выдерживать значения рН и выше 8,5 (например, для сплава AlSi10Mg, рН ≤ 9,0) без признаков коррозионного разрушения.
Примечание: При попадании в теплоноситель кислорода может начаться образование гидроксида алюминия, который выпадает в осадок.
Источников сведений о взаимодействии алюминия в системах отопления много - это лишь один из них, причем никакого разногласия между источниками не наблюдается.
Таким образом, ответы на поставленные вопросы очевидны: при наличии в теплоносителе кислорода или без оного, но при pH>8,5 алюминий разрушается, а также в его, алюминия, присутствии обильно выделяется водород , а в некоторых случаях (высокая температура) и углекислый газ. Вне зависимости от материала трубопроводов!
Следует помнить, что тепловики очень любят для своих целей поднимать pH теплоносителя до значений 10-11: они, теплоснабженцы, беспокоятся о ресурсе своих дорогостоящих установок из черных металлов. Поэтому риски деградации алюминиевых приборов в системах центрального отопления их-за высокого pH сетевой воды велики. Как часто владельцы квартир проверяют pH теплоносителя? Можно ознакомиться с мнением по этому вопросу гуру в области теплоснабжения и отопительных приборов В.И. Сасина .
Очевидно, что pH теплоносителя <8,5 можно обеспечить в собственной закрытой системе отопления, и использовать в такой системе алюминиевые приборы без опаски. Но и тут подстерегает следующая опасность: поскольку в России случаются холодные зимы, существует тенденция заполнения закрытой системы антифризом. А антифризы бывают самыми разными в части pH: от 7,4 до 12. Поэтому придется внимательно выбирать антифриз и контролировать параметры теплоносителя так, чтобы одновременно сберечь и алюминиевый прибор, и стальные детали. Об этом можно почитать, к примеру, .
Справедливости ради следует заметить, что производители алюминиевых отопительных приборов предпринимают меры по защите от коррозии экспериментируя со сплавами и путем разделения теплоносителя и металла при помощи различных покрытий. Наверняка это допустимое направление совершенствования продукта. Но такой алюминиевый прибор с точки зрения физико-химических процессов эксплуатационного взаимодействия с теплоносителем уже не следует рассматривать как алюминиевый, поскольку прямой контакт с металлом отсутствует. Вопрос только в долговечности таких защитных покрытий.
С учетом сказанного представляется, что использование алюминиевых приборов (и иных деталей) в системах отопления требует повышенной осмотрительности *.
* За исключением современных алюминиевых отопительных приборов, где антикоррозионная защита обеспечивает длительную надежную изоляцию металла от теплоносителя.
А как же быть с биметаллическими отопительными приборам «алюминий-медь»? Любой, кто знаком с их конструкцией знает, что из алюминия выполнено только оребрение, а теплоноситель контактирует только с медными трубными элементами таких отопительных приборов. Собственно, именно этому — отсутствию прямого контакта теплоносителя с алюминием и обязаны такие приборы своим появлением. СП 40-108-2004 (пп 9.7) впрямую рекомендует применение таких отопительных приборов с медными трубопроводными системами отопления. http://altailife.ru бобровая струя в россии цены цена бобровой струи.
Калькуляторы Окна и двери Пол Фундамент Крыша и кровля Стены и потолок Строительство дома Ремонт квартиры Интерьерные решения
Имя: Антон Силуанов (Anton Siluanov) День рождения: 12 апреля 1963 (54 года) Место рождения: г. Москва Вес: 85 кг Рост: 178 см Знак Зодиака: Овен Восточный гороскоп: Кролик Деятельность: политик, министр финансов РФ Биография Антона СилуановаАнтон Герман
В закрепите одинаковый порядок учета транспортно-заготовительных расходов (ТЗР) как по товарам, так и по материалам. Это позволит вам избежать пересчетов, если придется использовать в качестве , ранее учтенные как товары. А если вы выберете вариант учета,
Бюджетная классификация Российской Федерации является группировкой доходов, расходов, источников финансирования дефицитов бюджетов и операций публично-правовых образований в бюджетной системе. Она применяется для составления и исполнения бюджетов, формиро
