Д.т.н. Ю.В. Балабан-Ирменин, заведующий лабораторией «Водно-химического режима и коррозии систем теплоснабжения и оборотного охлаждения», Всероссийский теплотехнический институт (ВТИ), В.М.Липовских, г. Москва
(из книги Ю.В. Балабан-Ирменина, В.М.Липовских, А.М. Рубашова «Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей», М., Издательство «Новости теплоснабжения», 2008 г.)
Возможность постоянного поддержания концентрации кислорода в сетевой воде на нормативном уровне определяется многими факторами, зависящими от уровня эксплуатации тепловых сетей, уровня повреждаемости трубопроводов теплосети от коррозии и от соответствия проектных решений увеличивающейся со временем присоединенной тепловой нагрузке. Пути попадания кислорода в сетевую воду перечислены ниже.
Подпиточная вода теплосети является одним из основных, закладываемых в проект, путей попадания кислорода в сетевую воду. В соответствии с ПТЭ [1] допускается содержание кислорода в подпиточной воде 50 мкг/кг, в то время как в сетевой воде — 20 мкг/кг. Следовательно, уже изначально заложено, что 30 мкг/кг кислорода расходуется на коррозию металла в тепловой сети. Реально эти нормы выдерживаются далеко не всегда. Результаты проведенного ВТИ опроса [2] показали, что содержание кислорода в подпи- точной воде объектов, использующих вакуумные деаэраторы, в среднем на 26 мкг/кг выше нормы.
Некачественная работа вакуумных деаэраторов приводит также к снижению значения рН сетевой воды за счет неполного удаления СО2 и повышению содержания в воде железа. В то же время опыт многих ТЭЦ показывает, что вакуумные деаэраторы способны работать эффективно и поддерживать концентрацию О2 в подпиточной воде не выше 20 мкг/кг. Мероприятия по совершенствованию их эксплуатации изложены в [2]. Необходимо отметить, что для качественной работы вакуумных деаэраторов их нагрузка не должна превышать 70% от номинальной для деаэраторов горизонтального типа и 40-50% от номинальной для деаэраторов вертикального типа [3]. Модернизация атмосферных деаэраторов может производиться в соответствии с [4].
Объемы подпитки теплосети оказывают большое влияние на количество кислорода, вносимое с подпиточной водой в воду теплосети и, следовательно, на коррозионные потери металла оборудования систем теплоснабжения, выполненного из углеродистых сталей. Этим, в частности, объясняется большее количество железооксидных отложений в водогрейных котлах открытых систем теплоснабжения, подпи- точные расходы в которых значительно больше, чем в закрытых системах.
Для систем теплоснабжения закрытого типа, работающих на коррозионно-агрессивной воде, объемы подпиточной воды зависят от количества коррозионных повреждений теплосети. Возникает порочный круг: чем больше повреждений тепловой сети, тем больше объем подпитки, а чем больше объем подпитки, тем больше вносится в тепловую сеть кислорода и тем больше повреждений. Решить эту проблему можно путем изменения водно-химического режима теплосети, включая применение ингибиторов коррозии, или за счет снижения концентрации О2 в подпиточной воде до уровня значительно ниже нормативного. Например, даже при нормируемом содержании кислорода в подпиточной и сетевой воде и высоком значении рН сетевой воды (10,6) один из объектов проведенного ВТИ опроса за счет высокого содержания в воде сульфатов и хлоридов имел повреждаемость от внутренней коррозии 0,1 повр./(км.год). Известны случаи, когда даже уменьшение концентрации О2 в подпиточной воде до 20 мкг/кг не позволяло предотвратить коррозионные повреждения трубопроводов тепловой сети. В этом случае для более глубокого удаления кислорода, по-видимому, целесообразно применение каких-либо дополнительных деаэрирующих устройств, например электронно-ионообменных фильтров.
Присосы водопроводной воды в абонентских подогревателях также приводят к повышению концентрации кислорода в сетевой воде закрытых систем теплоснабжения. Через неплотности в подогревателях в дневное время происходят утечки сетевой воды, а в ночные часы при уменьшении водоразбора в системе горячего водоснабжения и увеличении давления в системе водопровода — присосы водопроводной воды. Показателем увеличения присосов водопроводной воды является увеличение жесткости сетевой воды. Одновременно с ростом жесткости происходит увеличение содержания кислорода в сетевой воде.
В таблице приведены результаты расчета, показывающие какому содержанию О2 в подпиточной воде соответствует количество кислорода, вносимого в сетевую воду с присосами водопроводной воды (при исходной концентрации кислорода в подпиточной воде 50 мкг/кг).
Температура водопроводной воды, °С
Эквивалентная концентраи при присосах водопроводной воды
ия 02 в подпиточной воде,
% от подпиточного расхода), мкг/кг
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
8%
9%
10%
10
50
162
274
386
498
610
722
834
946
1058
1170
20
50
140
231
321
411
502
592
682
772
863
953
Величина присосов в абонентских кожухотрубных теплообменниках, рассчитываемая по изменению жесткости сетевой воды, составляет обычно 5-10% от подпиточного расхода. Таким образом, присосы водопроводной воды могут вносить в сетевую воду количество кислорода, эквивалентное увеличению содержания О2 в подпиточной воде до 1000 мкг/кг Поступающий с присоса- ми кислород попадает в обратные трубопроводы теплосети и, в основном, расходуется на коррозию именно в обратных магистралях. Коррозия обратных трубопроводов тепловых сетей обычно близка к равномерной и поэтому не так опасна, как локальная коррозия подающих трубопроводов. Однако опыт эксплуатации показывает, что при наличии присосов может увеличиваться содержание кислорода и в прямой сетевой воде, что непосредственно влияет на повреждаемость подающих трубопроводов. Кроме того, увеличивается содержание железа в сетевой воде.
Аккумуляторные баки открытых систем теплоснабжения и баки запаса подпиточной воды закрытых систем при некачественной защите воды от контакта с воздухом также создают опасность увеличения концентрации кислорода в сетевой воде и, соответственно, увеличения скорости коррозии. В ВТИ проводились измерения скорости коррозии стальных индикаторов, установленных до и после аккумуляторного бака на ТЭЦ-7 «Ленэнерго» (ныне филиал «Невский» ОАО «ТГК-1»), имевшего покрытие внутренней поверхности и работавшего при температуре 75-80 ОС. Скорость коррозии индикаторов при практически одинаковой температуре воды составляла 0,015 г/(м2.ч) перед баком и 0,11 г/(м2.ч) за баком. Таким образом, аэрация воды в баках-аккумуляторах может приводить к увеличению скорости коррозии стали в 7 раз.
Аварийная подпитка тепловой сети исходной недеаэрированной водой также является причиной попадания кислорода в сетевую воду. Аварийная подпитка может быть связана:
■ с недостаточной производительностью химводоочистки (ХВО) подпиточной воды теплосети в случае несоответствия начального проекта ХВО возрастающей присоединенной тепловой нагрузке;
■ с недостаточными объемами баков запаса подпиточной воды закрытых систем теплоснабжения или баков-аккумуляторов подпиточной воды открытых систем (в соответствии с ВНТП-81 [5] общая емкость баков запаса должна быть не менее 3% от объема воды в тепловых сетях, а емкость баков-аккумуляторов — не менее 10-кратной величины среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение за отопительный период);
■ с отсутствием необходимых связей между тепловыми районами крупных городов;
■ с большими потерями воды из-за коррозионных повреждений теплосети.
Завоздушивание обратных магистралей при снижении в них давления ниже атмосферного также является причиной попадания кислорода в сетевую воду.
Литература
1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М.: СПО ОРГРЭС, 2003.
2. Балабан-Ирменин Ю.В., Шарапов В.И., Рубашов А.М. Влияние деаэрации подпиточной воды теплосети и типа деаэратора на внутреннюю коррозию и повреждаемость теплопроводов // Электрические станции. 1993. № 6. С. 42-46.
3. Шарапов В.И. О предотвращении внутренней коррозии теплосети в закрытых системах теплоснабжения // Теплоэнергетика. 1988. № 4. С. 16-19.
4. Методические указания по модернизации деаэрационных колонок атмосферного и повышенного давления. РД 34.40. 201-91. М.: ВТИ, 1991.
5. Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций. ВНТП-81. М.: МО ТЭП. 1981.
