С.П. Батуев, генеральный директор, ООО СПКФ «ВАЛЕР», г. Санкт-Петербург;
Н.Н. Сидорова, начальник службы контроля за водно-химическим, технологическим и экологическим режимом, ОАО «Мытищинская теплосеть», г. Мытищи Московской обл., М.А. Титков, главный инженер, ЗАО «Богородские Коммунальные Системы», г. Ногинск Московской обл.;
О.Е. Цаплин, директор, УМП «Лобненская теплосеть», г. Лобня Московской обл.; М.Г. Черепко, директор, МУП «Теплосеть», городской округ Домодедово Московской обл.
Введение
Основными загрязнениями сетевой воды механическими частицами являются: продукты коррозии трубопроводов тепловых сетей, систем отопления, теплообменного оборудования; шламовые отложения; минеральные примеси в виде частиц грунта и песка; посторонние фрагменты и случайные загрязнения. Источниками загрязнений сетевой воды являются, главным образом, системы отоплений зданий и сооружений, сетевые трубопроводы, а также примеси и загрязнения, попадающие в трубы при ремонте участков тепловых сетей.
С началом отопительного сезона при включении циркуляции теплоносителя эти загрязнения в большом количестве присутствуют в сетевой воде [1, 2].
Следует отметить, что в пусковой период (а также в период пуска участков тепловых сетей после ремонтов) более 85% частиц загрязнений в сетевой воде имеют размер свыше 100 мкм, а их концентрация максимальна. Это сопровождается «залповым» характером движения частиц загрязнений в трубопроводах тепловых сетей, приводит к явлению заноса и повреждению теплоэнергетического оборудования (котлов, теплообменников, сетевых насосов, регуляторов, внутридомовых трубопроводов и отопительных приборов), часто вызывает нарушение циркуляции теплоносителя (вплоть до аварийного останова), ухудшает показатели сетевой воды [3, 4].
На рис. 1 приведены примеры заноса пластинчатого и кожухотрубного теплообменников механическими загрязнениями, присутствующими в сетевой воде.
Удивительно, но многие энергоисточники, особенно с большими циркуляционными расходами теплоносителя, вообще не имеют оборудования для очистки обратной сетевой воды.
Одним из эффективных способов улавливания и удаления механических частиц из сетевой (и водопроводной) воды является использование инерционно-гравитационных грязевиков типа «ГИГ», разрабатываемых предприятием ООО СПКФ «ВАЛЕР».
Эти инерционно-гравитационные фильтры- грязевики применяются на многих различных
промышленных предприятиях для очистки воды: на котельных и тепловых сетях для очистки сетевой и подпиточной воды; при промывке тепловых сетей; в оборотных системах водоснабжения; на водопроводных и тепловых вводах и тепловых пунктах перед теплообменниками; на водозаборных сооружениях для очистки речной воды от тяжелых взвешенных и механических загрязнений и в качестве первой ступени очистки воды перед очистными сооружениями для удаления песка и наносных загрязнений (элементы грунта, камней и т.п.), а также перед различным технологическим оборудованием, имеющим высокие требования по качеству используемой воды. В настоящее время на промышленных и теплоэнергетических предприятиях России, Республики Беларусь, Республики Казахстан, а также Венесуэлы успешно эксплуатируется более 300 грязевиков данного типа различной производительности.
Настоящая статья посвящена описанию работы инерционно-гравитационных грязевиков и опыту их применения на объектах теплоснабжающих организаций Московской области.
Инерционно-гравитационные грязевики
Конструктивные особенности. Разработка такого аппарата явилась следствием неудовлетворения эксплуатирующего персонала теплоснабжающих предприятий работой традиционных сетчатых грязевиков и механических фильтров, особенно при больших расходах теплоносителя. Прежде всего, это связано с быстрым нарастанием гидравлического сопротивления на сетках или фильтрующих загрузках, особенно в пусковые периоды. Аппараты, использующие сетки или фильтрующие перегородки, элементы и загрузки, требуют постоянного обслуживания, связанного с остановкой устройства, его вскрытием, демонтажем сетчатого элемента, его промывки (или замены фильтрующего элемента или загрузки), обратной его установки в корпус и закрытием аппарата. В это время поток загрязненной воды нужно направить на дублирующий аппарат, а если его нет, то требуется остановка сети или направление загрязненной воды в этот период по байпасу в систему.
В эксплуатационной практике не редки случаи повреждения сеток случайными предметами или крупными загрязнениями (гравий, галька, камни и т.п.). При этом такое повреждение практически не может быть определено персоналом (т.к. гидравлическое сопротивление поврежденной сетки не изменяется), и сетевая вода через поврежденный участок сетки проходит в неочищенном виде. Случаются также случаи, когда персонал, «утомленный» непрерывным обслуживанием сетчатых грязевиков в пусковой период, самовольно снимает сетки или «прокалывает» их для снижения гидравлического сопротивления сетчатых грязевиков.
По своей конструкции рассматриваемые инерционно-гравитационные грязевики относятся к водоочистному оборудованию, реализующему гидродинамический принцип улавливания из воды механических загрязнений. К нему относятся также сепараторы, гидроциклоны, шламо- и грязеуловители.
Принцип действия этих инерционно-гравитационных грязевиков основан на использовании и комбинировании естественных процессов — гравитации и инерции частиц загрязнений для их улавливания в аппарате. Грязевики типа «ГИГ» не имеют сеток или фильтрующих загрузок, поэтому, в отличие от сетчатых фильтров и традиционных грязевиков, очистка воды от механических примесей в них ведется в непрерывном режиме и, что очень важно, не сопровождается нарастанием гидравлического сопротивления аппарата по мере накопления уловленного шлама (т.е. не меняется гидравлический режим работы системы). Удаление накопленных в аппарате загрязнений производится в ходе работы устройства, без остановки системы, кратковременным (на 5-15 секунд) открыванием дренажей для слива шлама (объем сбрасываемой дренажной воды незначителен и составляет около 2-5% от внутреннего объема аппарата). Отсутствует опасность резкого снижения или прекращения циркуляции теплоносителя из-за быстрого загрязнения фильтрующего элемента.
Рассматриваемый инерционно-гравитационный грязевик представляет собой напорный аппарат с вертикальным цилиндрическим корпусом, внутри которого смонтирован трубопровод с установленными на нем рядами козырьков (рис. 2), под которыми выполнены отверстия. Проходные сечения и конструктивное исполнение внутренних элементов определяются в результате гидродинамического расчета для обеспечения максимального эффекта улавливания частиц загрязнений. Загрязненный поток воды подводится через верхний патрубок, а очищенный поток выводится через нижний. В верхней точке корпуса грязевика установлен воздушник (или верхний дренаж), а в нижних точках корпуса нижние дренажные патрубки для периодического удаления шлама. Накопление загрязнений происходит в нижней камере (для тяжелых примесей) и в верхней камере (для легко всплывающих примесей). Достаточно большая емкость камер обеспечивает объемный сбор частиц для последующего их периодического удаления через дренажные патрубки.
Для осмотра внутренней поверхности камер грязевика предназначены люки-лазы или ревизии в нижней и верхней части корпуса.
Аппараты имеют высокую надежность, их ресурс не менее 10 лет. В отличие от сетчатых фильтров и грязевиков, инерционно-гравитационные аппараты не боятся попадания крупных и прочных загрязнений (гравий, камни, металлические предметы и другие крупные загрязнения) с потоком воды, т.к. не имеют фильтрующих элементов, которые могут повреждаться.
Конструкция грязевиков типа «ГИГ» защищена рядом Патентов РФ [5-7 и др.] и постоянно совершенствуется с целью улучшения качества очистки воды, максимального упрощения эксплуатации аппаратов, повышения надежности их работы.
Технические характеристики и отличительные особенности грязевика типа «ГИГ»:
■ производительность — до 6500 м3/ч и выше;
■ расчетное рабочее давление (по согласованию с заказчиком) — до 6 (10, 16) кг/см2;
■ расчетная температура среды — до 150 ОС;
■ потери напора — не более 0,15 кг/см2 (потери не зависят от количества уловленных аппаратом загрязнений);
■ отсутствие сеток и фильтрующих материалов;
■ простота конструкции, монтажа и эксплуатации;
■ высокая производительность и эффективность очистки воды от тяжелых (до 90% для частиц с размером более 70 мкм) и легко всплывающих частиц загрязнений при малой потере напора;
■ удаление уловленных грязевиком загрязнений производится периодически кратковременным открытием дренажей без остановки аппарата и системы;
■ аппарат не требует специального обслуживания и расходных материалов.
К недостаткам аппаратов следует отнести следующее:
■ монтаж грязевиков осуществляется только в вертикальном положении, т.к. они используют гравитационный принцип действия, что не всегда удобно, исходя из схем прокладки трубопроводов в помещениях с небольшой высотой; в таких случаях, альтернативным решением является установка устройств на открытом воздухе;
■ достаточно большие габаритные размеры аппаратов по сравнению, например, с традиционными абонентскими сетчатыми грязевиками, при одинаковой производительности;
■ обвязка аппаратов требует дополнительных участков трубопроводов.
Опыт эксплуатации
Осенью 2005 г в водогрейной котельной (пос. Марфино, Московская обл.) ОАО «Мытищинская теплосеть» (г Мытищи) был установлен опытно-промышленный грязевик ГИГ-1,5, производительностью 1,5 м3/ч (цифровое значение, указываемое в модели, здесь и далее означает номинальную производительность в м3/ч) на исходной воде, идущей на подпитку системы через Na-катионитовый фильтр умягчения автоматической установки ХВО.
До установки грязевика этого типа на котельной имелась проблема засорения мелкими взвешенными веществами и механическими примесями, содержащимися в исходной воде, автоматического блока управления Na-катио- нитового фильтра SSF 1248-5600SEM и редуктора давления исходной воды, что приводило к постоянным ремонтным работам на объекте. Механический сетчатый фильтр грубой очистки на вводе холодной воды в котельную не справлялся с таким количеством примесей.
В результате установки инерционно-гравитационного грязевика были получены следующие результаты.
1. Na-катионитовый фильтр надежно защищен от продуктов коррозии, мелких взвешенных частиц и других отложений, что проявилось в безаварийной работе головки фильтра и стабильной работе редуктора давления.
2. При продувке грязевика в дренажной воде визуально видны механические примеси в виде грязи, окалины, продуктов коррозии.
Продувка грязевика на объекте осуществляется без остановки работы аппарата и сети простым кратковременным (20-30 секунд) открытием дренажных патрубков. В связи с отсутствием в аппарате фильтрующих материалов и сеток, не требуется проведение ревизии и ремонтных работ аппарата.
В июне 2008 г. на одной из бойлерных ЗАО «Богородские коммунальные системы» (г. Ногинск) была проведена частичная реконструкция. В ходе проведенной реконструкции, в частности, был установлен инерционно-гравитационный грязевик ГИГ-280 (рис. 3). Грязевик был пущен в работу перед началом отопительного сезона 2008-2009 гг.
С целью наглядного подтверждения эффективной работы грязевика специалисты ЗАО «БКС» провели простой эксперимент в 2010 г В межото- пительный период, во время гидропневматической промывки систем отопления потребителей к выходному патрубку аппарата был подключен сбросной трубопровод, а к дренажному патрубку грязевика был подключен резиновый шланг для обеспечения разрыва струи и визуального наблюдения за цветностью дренируемой из грязевика воды.
На рис. 4 отчетливо видно, что вода после прохождения через грязевик из сбросного трубопровода идет практически прозрачная, в то время как вода, вытекающая из точки промывки грязевика через резиновый шланг очень мутная, ржавого цвета. Таким образом, этот несложный опыт подтвердил, что грязевик рассматриваемого типа обеспечивает очистку промывочной воды в непрерывном режиме. Фактически данный эксперимент показывает возможность применения таких грязевиков для промывки участков тепловых сетей после их ремонта с организацией замкнутого контура при минимальной потере промывочной воды.
В 2011 г. на той же бойлерной на обратной линии системы ГВС был установлен аналогичный грязевик производительностью 30 м3/ч.
РТС «Лобня» УМП «Лобненская теплосеть» (г. Лобня) снабжает 5 микрорайонов города тепловой энергией и горячей водой (причем, один из микрорайонов имеет открытую схему теплоснабжения) через 5 магистральных выводов со станции.
В мае 2009 г. на трех из пяти обратных трубопроводах станции было установлено по одному инерционно-гравитационному грязевику производительностью 250, 600 и 1000 м3/ч (рис. 5).
Необходимость установки грязевиков была вызвана рядом причин:
■ жалобами жителей микрорайона с открытым водоразбором на низкое качество воды по показателям «цветность», «мутность», большое содержание взвешенных частиц, железа (особенно в пусковой период);
■ на РТС «Лобня» установлено три котла ПТВМ- 30М, рост сопротивления водяного тракта которых долгие годы составлял 2-3 кгс/см2 в год, что вызывало необходимость ежегодных кислотных промывок котлов.
Выбор грязевиков данного типа был обусловлен следующим:
■ простотой монтажа и эксплуатации, т.к. продувка грязевиков производится без отключения их от сети путем кратковременного открытия продувочных кранов; байпасная линия не требуется;
■ возможностью удаления частиц загрязнений размером до 20 мкм.
В результате первого года работы грязевиков в отопительный период 2009-2010 гг. рост сопротивления котлов за сезон не превысил 0,5 кгс/см2, при этом отпала необходимость проведения кислотных промывок (ранее ежегодные затраты на которые составляли около 0,5 млн руб.). Значительно улучшилось качество воды и уменьшилось количество жалоб.
В процессе эксплуатации этих трех грязевиков каких-либо трудностей и замечаний не выявлено. В апреле 2010 г. на каждом из двух оставшихся (не оборудованных) обратных трубопроводов РТС «Лобня» было установлено по инерционно-гравитационному грязевику производительностью 600 и 900 м3/ч.
Таким образом, в настоящее время вся сетевая вода РТС «Лобня» проходит очистку в инерционно-гравитационных грязевиках типа «ГИГ».
В апреле 2008 г. на обратном трубопроводе котельной «Авиационная» МУП «Теплосеть» городского округа Домодедово был установлен инерционно-гравитационный грязевик производительностью 350 м3/ч (рис. 6). Необходимость его установки была обусловлена тем, что подключение потребителей (11 многоэтажных жилых домов) к котельной произведено по зависимой схеме. Данное обстоятельство отрицательным образом сказывалось на работе котлов из-за заноса их водяного тракта различными механическими примесями и соответственно повышением его гидравлического сопротивления. После запуска в работу грязевика данную проблему удалось решить благодаря эффективной и непрерывной очистке воды в нем.
В заключение следует отметить, что использование инерционно-гравитационных грязевиков типа «ГИГ» позволяет решить ряд эксплуатационных проблем, возникающих на теплоснабжающих предприятиях и связанных с загрязненной сетевой водой. Данные аппараты являются хорошим инженерным решением при очистке сетевой воды от механических примесей, особенно при больших расходах теплоносителя.
В целом, данные, полученные в ходе эксплуатации инерционно-гравитационных грязевиков типа «ГИГ» в теплоснабжающих организациях Московской области, дополнительно подтверждают положительные результаты и практику внедрения этих аппаратов на предприятиях теплоснабжения других регионов.
Литература
1. Лапотышкина Н.П., Сазонов Р.П. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей. — М.: Энергоиз- дат, 1982 г.
2. Балабан-Ирменин Ю.В., Липовских В.М., Рубашов А.М. Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей. — М.: Издательство «Новости теплоснабжения», 2008 г.
3. Батуев С.П. Защита водогрейных котлов и теплообменников от заноса механическими загрязнениями // Новости теплоснабжения. 2007. № 5. С. 32-35.
4. Батуев С.П. Опыт эксплуатации инерционно-гравитационных фильтров-грязевиков ГИГ на котельных с водогрейными котлами большой мощности // Энергонадзор- информ. 2010. № 1. С. 50-53.
5. Патент РФ № 42438, 2004 г.
6. Патент РФ № 54318, 2006 г.
7. Патент РФ № 101089, 2010 г