5.5. Водно-химический режим тепловых сетей

5.5.1. Основные положения и задачи

При проектировании и эксплуатации теплофикационных систем серьезное внимание уделяется организации их рационального водно-химического режима. Он должен обеспечивать нормативные показатели качества добавочной и сетевой воды, поддержание которых должно предотвратить накипе- и шламообразование, а также коррозионные повреждения в оборудовании и по всему тракту сетей. Нормы на качество добавочной и сетевой воды установлены на основании исследований химических процессов, происходящих при нагревании воды, а также результатов многолетней эксплуатации теплофикационных систем разного типа. Нормативные показатели воды тепловых сетей даны в ПТЭ и должны соблюдаться при эксплуатации любых тепловых сетей России. Нормы на качество подпиточной и сетевой воды прежде всего должны обеспечить безнакипную работу наиболее требовательных к воде агрегатов – водогрейных котлов.

Для предотвращения карбонатного накипеобразования ограничивают концентрацию ионов кальция и бикарбонатов.

Нормы качества подпиточной воды служат проектным организациям руководящим материалом при выборе схем водоподготовки для каждой конкретной теплосети. Практика эксплуатации тепловых сетей закрытого типа выявила необходимость учитывать при определении объема добавляемой в теплосеть воды (производительности химводоочистки) как объем присоса необработанной воды через неплотности в подогревателях, так и потери воды из теплосети из-за неорганизованного водоразбора. Присосы и потери следует учитывать также при выборе качества исходной и схемы очистки подпиточной воды.

Если качество воды, добавляемой в теплосеть любого типа, определяется схемой установки водоподготовки и правильной ее эксплуатацией, а также нормальной работой деаэрационного узла, то качество сетевой воды во многом зависит от работы теплофикационного оборудования и подогревателей, находящихся в ведении потребителей и службы теплосети. Между тем безнакипная и вообще нормальная бесперебойная работа водогрейных котлов в той степени, в какой на нее влияет водно-химический режим, определяется качеством именно сетевой воды, поскольку в котел поступает как вода, возвращаемая от потребителей (вода обратной магистрали), так и вода, добавляемая для покрытия водоразбора и потерь в сети (открытая система) или только потерь (закрытая система). Ухудшение качества сетевой воды в результате присосов сырой воды и примесей, выносимых из местных отопительных приборов, оказывает отрицательное влияние на работу водогрейных котлов. Иначе говоря, забота о поддержании водно-химического режима в пределах норм, указанных в ПТЭ, является задачей не только работников ТЭЦ и районных котельных (источники тепла и воды), но и работников тепловых сетей, обслуживающих теплотрассы и тепловые пункты. Мероприятия для повышения надежности водно-химического режима тепловых сетей, которые должны осуществляться потребителями тепла и воды.

5.5.2. Источники загрязнения воды тепловых сетей окислами железа

Многолетняя эксплуатация ряда систем теплоснабжения с котлами типа ПТВМ показала, что при соблюдении норм качества подпиточной воды и отсутствии пристенного кипения в водогрейных котлах отложения на поверхностях их нагрева отсутствуют. Однако в большинстве случаев на объектах, использующих исходные воды средней минерализации и оборудованных деаэрационными установками, появляется значительное количество окислов железа в сетевой воде, что отрицательно сказывается на работе водогрейного оборудования.

Количественная оценка источников загрязнения окислами железа сетевой воды, выполненная на основании испытаний и сбора данных по некоторым системам теплоснабжения, дана в табл. 5.4.

Действующие нормы на качество подпиточной воды тепловых сетей ограничивают содержание в ней кислорода 50 мкг/дм³ и требуют полного отсутствия свободной углекислоты. В практике эксплуатации нередки длительные нарушения этих норм в связи с неполной деаэрацией (при перегрузках) или заражением воды воздухом в баках-аккумуляторах при неправильно организованном подводе в них деаэрированной воды. Даже незначительные отклонения от норм приводят к существенному загрязнению сетевой воды окислами железа, а также к интенсивной коррозии металла водогрейных котлов и отводящей прямой магистрали.

Даже небольшие отклонения от заданного качества подпиточной воды по содержанию кислорода приводят к значительному загрязнению сетевой воды окислами железа, а также к интенсивной коррозии водогрейных котлов. Особенно ярко влияние указанных нарушений проявляется в системах с непосредственным водоразбором, где подпитка достигает нескольких тысяч тонн воды в час, и в часы максимального водоразбора требуется строгий контроль за режимом работы деаэратора. Пути загрязнения сетевой воды продуктами коррозии стали от местных отопительных систем и потребителей горячей воды следующие: 1) поступление в систему сырой жесткой, богатой кислородом воды из-за повреждения подогревателей местных систем горячего водоснабжения; 2) поступление в теплосеть продуктов коррозии, накопившихся в отопительных приборах в результате стояночной коррозии и из-за отсутствия систематических промывок местных отопительных систем.

Влияние присосов сырой воды в систему на увеличение содержания железа в сетевой воде показано на рис. 5.12. Содержание железа в этих условиях нарастает пропорционально присосам сырой необработанной воды, поскольку с увеличением размера присосов увеличивается поступление в систему растворенного кислорода и свободной углекислоты. О размере присосов судят по повышению жесткости сетевой воды.

Ж₀, моль/м ³

Ж₀, мкмоль/м³

Рис. 5.12. Содержание железа в воде теплосетей закрытого типа в зависимости от присосов исходной воды, выраженных через общую жесткость

Окислы железа, которые выносятся из местных отопительных систем, служат основной причиной появления железоокисных отложений в водогрейных котлах.

В том случае, когда потребители не проводят промывки местных систем перед включением их в работу, в первые 2–6 недель отопительного сезона содержание железа в сетевой воде в 3–5 раз превышает средние сезонные показатели. При количестве циркулирующей в системе сетевой воды 10 тыс. т/ч и содержании железа 2 мг/дм³ в течение 2 недель (примерно 400 ч) работы через водогрейный котел пройдет вода, содержащая 8 т окислов железа в пересчете на Fе или 12 т в пересчете на F₂O₃. При оседании только 5 % этого количества взвеси на поверхности нагрева водогрейного котла ПТВМ-100 (3000 м²) образуется около 130 г/м² отложений в пересчете на Fe. За несколько сезонов работы оборудования только по этой причине (в водогрейных котлах, сетевых подогревателях, а также в конденсаторах турбин с ухудшенным вакуумом, когда они охлаждаются сетевой водой) образуется 300–500 г/м² отложений в пересчете на Fe.

Таблица 5.4

Основные источники попадания окислов железа в сетевую воду

Источник загрязнения сетевой воды окислами железа	Количественная оценка загрязнения, мг/дм3	Мероприятия по установлению нарушения	Примечания
Исходная вода	0,1–0,3	Применять водопроводную питьевую воду. При использовании речной воды необходимы коагуляции, обезжелезивание на механических фильтрах. При частичном Н-катионировании в большинстве случаев надобность в механических фильтрах отпадает.	При использовании артезианских вод в ряде случаев необходима предварительная аэрация с последующим обезжелезиванием исходной воды на механических фильтрах.
Подпиточная вода	0,5–1,0	Применение деаэратора с барботажем пара. Правильная подача деаэрированной воды в баки-аккумуляторы. Предохранение от заражения воды атмосферным кислородом в баках (паровая подушка), если температура хранения воды ниже 75 °С.	В закрытых схемах теплоснабжения иногда источником загрязнения окислами железа является исходная вода, попадающая через присосы в домовых подогревателях.
Вода из местных систем отопления (зависимые схемы теплоснабжения)	1,5	Ежегодные водовоздушные промывки не менее 30 % общего количества местных систем отопления.	Этот фактор проявляется в начале отопительного сезона (2–6 недели).

Основная причина скопления окислов железа в отопительных системах — стояночная коррозия присоединенных магистралей, в которых корродирует влажная поверхность труб под действием атмосферного кислорода. Оценка скорости стояночной коррозии, показывает, что при 20 °С она составляет 1,5–2,0 г/(м²·ч), т. е. стояночная коррозия интенсивнее коррозии, протекающей в период эксплуатации, в 15–20 раз. Период между отопительными сезонами длится 4–5 мес. и характеризуется неоднократными заполнениями и опорожнениями присоединенных систем. Все это приводит к тому, что к началу отопительного сезона накапливается значительное количество окислов железа, которые затем «проскакивают» в теплосеть, оседая на поверхностях нагрева и загрязняя горячую воду, идущую к потребителям.