Ямлеева Э. У., канд. техн. наук, ст. преподаватель, Шарапов
В. И., профессор, докт. техн.
Наук Ульяновский государственный технический университет (УлГТУ),
Россия
Материалы Международной
научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и
вентиляции», 23 – 25 ноября 2005, МГСУ
Рассматриваются
способы защиты подпиточной и сетевой воды систем теплоснабжения от вторичного
насыщения коррозионно-агрессивными газами. Обобщены результаты теоретических и
практических исследований причин повышения содержания кислорода и диоксида
углерода в воде систем теплоснабжения.
Надежность и экономичность систем
централизованного теплоснабжения и их теплоисточников
— ТЭЦ и котельных, в значительной мере определяется эффективностью защиты
оборудования и теплопроводов от внутренней коррозии.
Основной причиной внутренней коррозии водяных
систем теплоснабжения является присутствие в сетевой воде растворенных коррозионно-активных
газов (кислорода и диоксида углерода). Для их удаления на теплоисточниках
предусмотрена термическая деаэрация. Однако результаты проведенных нами
обследований теплосетей городов Ульяновска, Саратова, Ростова показывают, что,
несмотря на хорошую водоподготовку, в системах зачастую наблюдается завышенное
содержание кислорода. Это свидетельствует о вторичном насыщении сетевой и
подпиточной воды коррозионно-агрессивными газами. В некоторых системах
интенсивность внутренней коррозии, лишь на 10 % обусловлена нарушениями
качества подпиточной воды, а остальные 90 % приходятся на повторное насыщение
воды кислородом.
На теплоисточниках
насыщение воды газами происходит при ее хранении в баках-аккумуляторах и из-за
подсоса воздуха через сальниковые уплотнения насосов, работающих под
разрежением.
В теплосетях вода насыщается кислородом при завоздушивании системы, а также из-за присосов сырой
водопроводной воды через неплотности
подогревателей горячего водоснабжения (ГВС).
Насыщение деаэрированной
подпиточной воды кислородом в баках-аккумуляторах ТЭЦ происходит из-за ее
контакта с атмосферным воздухом. Теоретические исследования процесса насыщения
воды газами в период хранения в баках при неизменном уровне в квазистационарных температурных условиях показали, что
насыщение происходит по закону конвективной диффузии.
Однако нестабильный режим
заполнения-опорожнения баков сопровождается интенсивным изменением уровня. Массообмен в данных условиях зависит от очень большого
числа факторов и математически описать его не возможно, поэтому нами выполнено
экспериментальное исследование процесса насыщения.
Получена обширная выборка
данных по изменению содержания кислорода в подпиточной воде до и после
баков-аккумуляторов на Ульяновской ТЭЦ-1 за три зимних месяца 2003-04 гг.
Содержание растворенного кислорода в подпиточной воде достигало 150 и более
мкг/дм3, несмотря на эффективную деаэрацию воды. В среднем
содержание кислорода после деаэраторов составляло 10-30 мкг/дм3. На
рис. 1 приведены данные за январь 2004 г.
На ТЭЦ
установлено четыре подпиточных бака-аккумулятора
объемом по 3000 м3.
Замеры
содержания кислорода в деаэрированной воде
производились три раза за сутки. Содержание растворенного кислорода оценивалось
с помощью малогабаритного анализатора растворенного кислорода МАРК-301Т.
С помощью корреляционного анализа выявлена наибольшая связь между величиной
насыщения и скоростью падения уровня в баке
(коэффициент корреляции r=0,8).
Зависимости насыщения от величины падения уровня (r=0,64) и падения уровня, отнесенного к уровню воды
на момент замера (r=0,61),
существуют, но менее выражены. Насыщение воды кислородом не зависит от уровня
воды в баке на момент замера (r=0,3)
(рис. 2).
В
соответствии с методическими указаниями [1] существует две группы методов защиты
металла баков-аккумуляторов от коррозии и воды в них от аэрации (контакта с атмосферным
воздухом).
Первая группа методов предусматривает
раздельную защиту металла баков от коррозии и деаэрированной
воды от аэрации. Стенки баков защищаются от коррозии лакокрасочными или
металлическими, нанесенными путем металлизации, покрытиями, а для защиты воды
от аэрации используются плавающие материалы, затрудняющие доступ воздуха к
поверхности воды (поплавковые устройства, плавающие шарики, антииспарительные
жидкости), а также газовые или паровые подушки над поверхностью воды.
Ко второй группе относятся комбинированные
методы, которые предусматривают как для защиты стенок баков-аккумуляторов от
коррозии, так и воды от аэрации с применением герметизирующих жидкостей.
Существующие методы защиты баков-аккумуляторов
достаточно дороги, не всегда эффективны и усложняют эксплуатацию баков.
Нами разработана серия способов защиты
подпиточной воды от вторичного насыщения коррозионно-активными газами при ее
хранении в баках-аккумуляторах ТЭЦ. На рис. 3 приведены два таких решения [2,
3].
Способ защиты на рис. 3, а предусматривает
размещение на поверхности воды бака-аккумулятора сетки из железной проволоки,
удерживаемой на поверхности воды с помощью прикрепленных к сетке поплавков.
Кислород, растворенный в воде, вступает в электрохимическую коррозионную
реакцию с железной сеткой и его содержание в подпиточной воде уменьшается.
Способ защиты воды в баке-аккумуляторе от
аэрации (рис. 3, б) предусматривает сообщение с атмосферой только через трубу,
вваренную в крышу бака-аккумулятора, причем нижний конец трубы размещен ниже
уровня трубы для отвода воды, а верхний конец трубы выступает над крышей бака.
Источником заражения деаэрированной
воды кислородом и диоксидом углерода могут быть насосные агрегаты, используемые
в системах теплоснабжения, на ТЭЦ и котельных для транспорта сетевой и
подпиточной воды теплосети.
Исследованы
условия возникновения подсоса воздуха через сальниковые уплотнения подпиточных насосов со стороны всасывания в результате
разрежения в центральной части рабочего колеса. На величину подсоса значительно
влияет размер зазора между сальниковой набивкой и втулкой на валу насоса и
величина разрежения. Разрежение возрастает при снижении величины подпора и
значительных линейных и местных потерях напора в подпиточной трубе от бака до насоса.
На основе уравнения Бернулли построена
номограмма для определения величины разрежения на всасывающем патрубке насоса,
работающего с подпором, которая может использоваться при проектировании тракта
между баками-аккумуляторами и подпиточными насосами
для защиты системы от подсосов воздуха через них с целью максимального
использования объема баков-аккумуляторов. Вторая разработанная номограмма
позволяет определить количество подсасываемого кислорода в зависимости от
величины зазора, разрежения во всасывающем патрубке, конструктивных размеров
сальника и подачи насоса.
Правильно
запроектированный тракт подпиточной воды и качественное обслуживание насосных
агрегатов обеспечивают их воздушную плотность. Показано, что наиболее
эффективным средством защиты является использование насосов с гидравлическим
уплотнением сальников, расположенных со всасывающей
стороны насосов. Вода на уплотнение должна подаваться из напорной трубы.
В открытых системах теплоснабжения с
переменным расходом сетевой воды и неустойчивым гидравлическим режимом основной
причиной попадания воздуха в сетевую воду является опорожнение местных систем
отопления.
С целью повышения надежности
работы систем отопления при переменном расходе сетевой воды в теплосетях
разработан ряд решений по стабилизации гидравлических режимов местных систем
отопления.
Так, в схеме на рис. 4 регулятор давления,
установленный на подающем стояке и связанный с датчиком давления в системе
отопления, обеспечивает гидравлическую защиту отопительных приборов от
превышения давления в подающей магистрали. А регулятор расхода на обратном
стояке одновременно с регулированием тепловой нагрузки осуществляет
гидравлическую защиту системы отопления, т. е. исключает возможность ее
опорожнения [4].
Осуществлять передачу сигнала от датчика
давления, установленного у местных абонентов, к регулирующему органу, расположенному
на большом расстоянии от датчика, на теплоисточнике, можно с помощью радиосигнала
через местных операторов сотовой связи или с помощью радиомодема через Интернет.
Обеспечение
гидравлической плотности подогревателей горячего водоснабжения, безусловное
устранение попадания сырой недеаэрированной воды в сетевую воду в местных и
центральных тепловых пунктах является важнейшим мероприятием, без выполнения
которого невозможна эффективная защита системы теплоснабжения от внутренней
коррозии.
Выводы
1. Установлены основные причины вторичного насыщения подпиточной и сетевой воды коррозионно-агрессивными газами при ее хранении на ТЭЦ и транспортировании в системах теплоснабжения.
2. Выявлено, что насыщение кислородом деаэрированной подпиточной воды в баках-аккумуляторах ТЭЦ наиболее интенсивно происходит в период их заполнения-опорожнения. С помощью корреляционного анализа установлена наибольшая связь между величиной насыщения и скоростью падения уровня в баке (коэффициент корреляции r=0,8).
3. Разработаны новые технологии защиты подпиточной воды от насыщения кислородом при хранении в баках-аккумуляторах ТЭЦ с помощью дыхательной трубы, уменьшающей площадь контакта воды с воздухом, а также с использованием расположенной в баке стальной сетки – поглотителя растворенного кислорода.
4. Сформулированы условия работы подпиточных насосов баков-аккумуляторов, исключающие подсос воздуха через сальниковые уплотнения со стороны зоны разрежения.
5. Разработана технология защиты системы теплоснабжения от завоздушивания путем местного регулирования расхода обратной сетевой воды или регулированием давления в обратной магистрали по давлению у абонентов, находящихся в самых неблагоприятных гидравлических условиях (с минимальной величиной избыточного напора).
6. Разработаны технологии защиты от подсосов сырой воды через неплотности водоводяных подогревателей ГВС в закрытые системы теплоснабжения с помощью датчиков жесткости.
Литература
1. Методические указания по оптимальной защите баков-аккумуляторов от коррозии и воды в них от аэрации. МУ 153-34. 1-40.504-00. — М.: СПО ОРГРЭС, 2000. — 35 с.
2. Патент № 2220368 (RU). МКИ 7 F 22 D 3/00. Бак-аккумулятор для хранения деаэрированной воды / В. И. Шарапов, Э. У. Ямлеева // Бюллетень изобретений. 2003, № 36.
3. Патент № 2220367 (RU). МКИ 7 F 22 D 3/00. Бак-аккумулятор для хранения деаэрированной воды / В. И. Шарапов, Э. У. Ямлеева // Бюллетень изобретений. 2003, № 36.
4. Патент 2190164 (RU). МКИ F 24 D 19/10, 3/02. Система отопления / В. И. Шарапов, П. В. Ротов, Э. У. Ямлеева // Бюллетень изобретений, 2002, № 27.
5. Патент 2204085 (RU). МКИ F 24 D 19/10, 3/02. Система теплоснабжения / В. И. Шарапов, Э. У. Ямлеева, М. А. Сивухина, П. В. Ротов // Бюллетень изобретений. 2003, № 13.
6. Патент № 2178120 (RU), МКИ F 24 D 3/08. Тепловой пункт закрытой системы теплоснабжения / В. И. Шарапов, Э. У. Ямлеева // Бюллетень изобретений, 2002, № 1.