к.т.н. Пермяков А.Б.; Бусахин А.В., инженер, МГОУ — МГСУ
(«Энергосбережение и водоподготовка», №2, 2002)
В последние годы с накоплением опыта эксплуатации разветвленных систем теплоснабжения все чаще наблюдается нарушение водно-химического режима тепловых сетей из-за повышенного содержания в воде оксидов железа.
Появление оксидов железа и других загрязнений в сетевой воде может объясняться различными причинами, которые могут быть разделены на технологические, операционные, эксплуатационные и аварийные.
Исходя из сказанного выше, важно уметь оценивать степень влияния содержания кислорода и свободной углекислоты в подпиточной воде на степень загрязнения оксидами железа сетевой воды. По действующим нормам содержание кислорода в подпиточной воде для тепловых сетей не должно превышать 50 мкг/кг, а свободная углекислота должна полностью отсутствовать. Однако, как показывает опыт эксплуатации многих тепловых сетей, имеются случаи длительного нарушения этих норм. Это связано с различными причинами, в какой-то мере перечисленными ниже: неполная деаэрация (при перегрузках), "заражение" воды воздухом в баках-аккумуляторах при неправильно организованном подводе в них деаэрированной воды.
Необходимо отметить, как показывает практика, что даже при незначительных отклонениях от норм сетевая вода существенно загрязняется оксидами железа, и металл водогрейных котлов и подающей магистрали корродирует интенсивнее.
Присутствие дисперсных взвешенных примесей в сетевой воде обусловливается не только их поступлением с подпиточной водой, но и образованием твердой фазы в самой теплосети. В закрытых теплосетях наряду с карбонатом кальция могут образовываться и такие трудно растворимые соединения, как фосфаты кальция, гидроокись и силикаты магния, особенно в случаях, когда увеличиваются присосы сырой воды в теплообменниках, установленных у абонентов. В результате коррозии подогревателей, теплопроводов и другого оборудования вода обогащается продуктами коррозии. Значительные количества оксидов железа поступают в сетевую воду в начале отопительного сезона в связи с выносом из нагревательных приборов и местных отопительных систем накопившихся там продуктов стояночной коррозии. Постепенно перемещаясь по тракту, частицы железоокисного шлама заносятся в сетевые подогреватели и водогрейные котлы.
Чтобы понизить скорость образования железоокисных отложений, нужно снижать общее содержание железа в сетевой воде.
В настоящее время существуют и используются несколько различных способов очистки. Это, например, фильтрование через слой сульфоугля, дробленого антрацита или целлюлозы или использование в схеме конденсатоочистки предвключенного регенерируемого магнитного фильтра. Однако эти способы достаточно сложны, имеют высокую стоимость и существенные расходы при эксплуатации.
Учитывая тот факт, что частицы оксидов железа являются механическими примесями и имеют размеры от 0,1 мкм до 0,1 мм, теоретически возможно обеспечить требуемый уровень очистки фильтровальными материалами. Это позволит избежать загрязнения окружающей среды сбросами вредных реагентов и химических соединений, появляющихся при использовании обычных традиционных методов химводоочистки.
Фильтровальные материалы, которые будут применяться для очистки сетевой и подпиточной воды от оксидов железа, должны удовлетворять следующим основным требованиям:
— обладать высокой механической прочностью, в том числе при воздействии вибрационных и тепловых нагрузок; стойкостью к очищаемому продукту во всем диапазоне рабочих температур независимо от продолжительности контактирования;
— не оказывать отрицательного влияния на физико-химические свойства очищаемого продукта и не загрязнять его частицами, вымываемыми из материала в процессе эксплуатации;
— иметь возможно малое гидравлическое сопротивление при высокой удельной пропускной способности.
Авторами выполнено исследование эффективности работы очистки с использованием достаточно распространенных и обладающих невысокой стоимостью фильтровальных тканей.
Опыты показали, что ни один из существующих тканых фильтровальных материалов не обладает достаточной железозадерживающей способностью одного слоя. Исследования многослойных пакетов из комбинации различных материалов, выполненные совместно с ВТИ [1, 2], показали возможность и достаточную эффективность очистки такими фильтрами из многослойных пакетов тканей.
Все исследования (во всех сериях опытов) производились по единой методике, что позволило выполнить сравнение, а также дало возможность определить оптимальную компоновку фильтра, взаимное расположение и количество слоев фильтровальных тканых материалов в пакете (таблица 1).
Опыты показали, что наибольшее загрязнение, т.е. задерживающую способность имеет второй слой (рис. 1).
По нашему мнению, полученный результат свидетельствует о протекании процесса укрупнения и окисления железа в порах перегородки при прохождении очищаемой жидкости. Поэтому было решено попытаться перенести процесс укрупнения частиц в предвключенный слой из материала с более крупными порами и обладающего, следовательно, меньшим гидравлическим сопротивлением (таблица 1, позиции 6 и 7).
Было отмечено повышение эффективности очистки в зависимости от продолжительности фильтроцикла (рис. 2).
Из рассмотрения данных таблицы 1 следует, что конструкция элемента влияет на уровень задержания железа.
Существенную роль в процессе задержания железа играет предвключенный слой фильтрования, увеличивающий эффективность в 1,7-1,8 раза. Было также исследовано влияние дренажного слоя, которое оказалось незначительным на эффективность обезжелезивания.
Опыты показали, что наиболее эффективным является рулонный четырехслойный фильтр из ткани ТЛФ5 с предвключенным слоем киперной ленты.
На основании выполненных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Тканые материалы с большой пропускной способностью (до 11 дм3/(м2с)) при их использовании в качестве вспомогательного фильтрующего средства требуют многослойной конструкции.
2. Эффективность фильтрации выше при наличии предвключенного слоя.
3. В испытанных рулонных 4-хслойных конструкциях эффективность удаления железа достаточно велика и достигает с различными предвключенными слоями от 70 до 80 %.
4. По результатам испытаний рулонная конструкция фильтрующего элемента для обезжелезивания воды с содержанием железа до 3 мг/л более предпочтительна.
5. Стратегия в решении поставленной задачи заключается в создании конструкции, которая позволяет проводить технологию обезжелезивания в несколько стадий обработки.
Литература
1. Бусахин А.В., Пильцова Н.К. Исследование очистки воды от оксидов железа для систем теплоснабжения// Практика противокоррозионной защиты, 1998, №3.
2. Пермяков А. Б. Проблемы и перспективы внедрения энергосберегающих технологий// Энергосбережение и водоподготовка, 1999, №2.
Таблица 1 Сравнительные данные эффективности очистки различными типами фильтрующего элемента из ткани ТЛФ5
Рис. 1. Количество задержанных примесей на различных слоях пакета тканей.
Рис. 2. Зависимость эффективности очистки многослойным фильтром от продолжительности фильтрации.
