К.т.н. А.В. Гришкова, заведующая кафедрой ТГВ, к.т.н. Б.М. Красовский, О. С. Половников, Пермский государственный технический университет
Введение
В настоящее время на кафедре теплогазоснабжения, вентиляции и охраны воздушного бассейна
(ТГВ и ОВБ) Пермского государственного технического университета (ПГТУ) ведутся исследования
по оптимизации параметров водно-химического
режима современных систем центрального отопления (ЦО). Актуальность этой проблемы связана с
особенностями конструкций новых систем, которые внедряются в практику в настоящее время, они следующие:
1. Применение трубопроводов из полимерных
материалов.
2. Применение алюминиевых нагревательных
приборов.
Особенностью трубопроводов, выполненных из
полимерных материалов, является диффузия кислорода и его проникновение в теплоноситель даже
при наличии специального защитного слоя. Защитный слой снижает интенсивность диффузии, но не устраняет ее [1].
При применении алюминиевых нагревательных
приборов необходимо учитывать, что при недостаточно устойчивом оксидном защитном слое и водородном показателе сетевой воды, превышающем рН=9,0 наблюдается разрушение алюминия, связанное с его аморфностью. В частности, в Перми в нескольких вновь построенных зданиях произошли массовые повреждения алюминиевых нагревательных приборов при водородном показателе сетевой воды рН=9,0÷9,5.
При ожидаемом в будущем массовом применении пластмассовых трубопроводов в системе
отопления, по результатам исследований, опубликованных в работе [1], можно прогнозировать повышение содержания кислорода в сетевой воде
закрытых систем теплоснабжения в пределах
50÷1 00 мкг/л.
Такое содержание кислорода в сетевой воде
иногда наблюдается в открытых системах теплоснабжения, что приводит к увеличению числа отказов и вызывает необходимость повышения водородного показателя сетевой воды [2, 3], а повышение водородного показателя затрудняет применение алюминиевых нагревательных приборов.
Одним из возможных вариантов решения возникшей проблемы является независимое присоединение абонентов по схеме, исключающей поступление сетевой воды из абонентского контура в
теплосеть и из теплосети в абонентский контур. Известно, что увеличение доли абонентов, присоединенных к системе централизованного теплоснабжения по независимой схеме, повышает надежность теплоснабжения.
При оценке перспективных направлений развития водяных систем ЦО можно сделать вывод о
предстоящем широком внедрении полимерных трубопроводов и алюминиевых нагревательных
приборов. В этом случае, при ограничении водородного показателя циркулирующей воды -рН≤7,5, внутренняя коррозия будет полностью отсутствовать. В рассматриваемом случае не допускается водообмен между греющим и нагреваемым
контурами независимой системы. Наиболее простым решением является подпитка абонентского
контура водопроводной водой.
В то же время, при заполнении и подпитке систем отопления неумягченной водопроводной водой, становится весьма актуальной проблема накипеобразования. Это связано с тем, что при наличии
большого числа изолированных отопительных систем, умягчение воды или дозирование ингибиторов
накипеобразования становится затруднительным.
Результаты проведенных исследований
На кафедре ТГВ и ОВБ ведутся исследования
интенсивности накипеобразования на поверхности водо-водяных кожухотрубных и пластинчатых
подогревателей при питании изолированных систем неумягченной и ингибированной водопроводной водой.
На данном этапе выполнены исследования для
сочетаний содержания в водопроводной воде
сульфатов и температуры ее нагрева, исключающих сульфатное накипеобразование. Это связано
со следующими обстоятельствами:
1. Образование сульфатной накипи затрудняет
ее отмывку, которая, при отсутствии умягчения
или ингибирования через определенный период
времени, является неизбежной.
2. При температурах нагрева воды изолированного контура, не превышающих 130 ОС, опасность сульфатного накипеобразования, как правило, отсутствует.
В каждом конкретном случае можно определить допустимую температуру воды в подогревателях (кроме подогревателей водогрейных котлов) по формуле:
где: ПрCaSO — ионное произведение кальция и сульфатов в используемой воде;
t — температура нагрева воды в подогревателях, ОС.
Температура нагрева должна быть ограничена
условием соблюдения соотношения, предписанного формулой (1).
При соблюдении условия, предложенного формулой (1), для принятия конкретных параметров
структуры и режима оборудования тепловых пунктов и систем отопления необходимо прогнозировать интенсивность карбонатного накипеобразования.
Это прогнозирование необходимо для принятия конкретных решений исходя из предполагаемой частоты проведения очистки подогревателей.
При применении кожухотрубных подогревателей очистка должна производиться при предельно
допустимой массе отложений равной 2,5 кг/м2. При применении пластинчатых подогревателей -1,0 кг/м2.
Для технико-экономической оценки и поиска
оптимального варианта технического решения необходима методика прогнозирования затрат на
очистку поверхностей нагрева подогревателей от
карбонатной накипи. При решении этой задачи необходимо прогнозировать интенсивность карбонатного накипеобразования.
Результаты выполненных исследований позволяют для решения этой задачи использовать формулу:
где: m — интенсивность карбонатного накипеобразования на поверхности нагрева паро-водя-ных и водо-водяных подогревателей, мг/(м2.час);
K1 — коэффициент, учитывающий температуру
нагрева;
K2 — коэффициент, учитывающий скорость потока нагреваемой воды;
K3 — коэффициент, учитывающий степень рециркуляции нагреваемой воды;
K4 — коэффициент, учитывающий водородный
показатель нагреваемой воды;
Ik — карбонатный индекс (мг-экв/л)2.
Численные значения коэффициентов К^ К2, K3 и K4 приведены в таблицах 1 -4.
В рассматриваемом случае, в связи с применением в системах отопления алюминиевых нагревательных приборов, повышение водородного показателя выше рН=8,0 не рекомендуется.
В водопроводной воде карбонатный индекс, как
правило, находится в пределах 10-20 (мг-экв/л)2. При среднем значении Iк=15 ( мг-экв/л )2, средней в
течение отопительного сезона температуре нагрева
t=60 ОC, скорости нагреваемой воды 0,5 м/сек, показателе рециркуляции — 0,99 и водородном показателе рН = 7,5, интенсивность накипеобразования равна: m=35,5.0,58.0,96.0,3.1.15=88,95 мг/(м2.ч).
При продолжительности отопительного сезона 5000 ч, годовое количество накипи равно
444,7 г/(м2.год). При применении кожухотрубных подогревателей очистку необходимо производить через 5÷6 лет. При применении пластинчатых — через 2÷3 года. При использовании воды с
более высокой жесткостью рекомендуется увеличение рециркуляции и скорости нагреваемой
воды.
Литература
1. Петров—Денисов В.Г. К вопросу о кислородопроницаемости пластмассовых трубопроводов отопительных систем. Сантехника, 2003, № 4, с. 40-45.
2. Жуков М.А., Красовский Б.М., Кислицын М.А. Особенности процессов коррозии и накипеобразования в открытых системах теплоснабжения. Промышленная энергетика, 1991, №9, с. 14-15.
3. Руководство по учету качеств воды при выборе системы
теплоснабжения. — М., Минэнерго СССР, 1988.