Новые технологии подготовки воды для систем теплоснабжения

Несмотря на постоянное уменьшение объема централизованного теплоснабжения в малых городах на сегодня оно является основным поставщиком тепла для коммунально-бытовых потребителей и поэтому одним из основных источников потерь теплоты.

Большие потери теплоты объясняются как объективными причинами – большим износом оборудования систем централизованного теплоснабжения, который достигает 80-85%, так и сложными в эксплуатации и достаточно дорогими методами подготовки воды для СЦТ. 

Коррозия

Пренебрежение или неумение правильно пользоваться этими методами приводит к ускоренной коррозии стальных элементов СЦТ и появления отложений на поверхностях нагрева в котлах, теплообменниках и трубопроводах тепловых сетей.

Ускоренная коррозия приводит к аварийным повреждениям, через которые возникают утечки теплоносителя, аварийные остановки теплоснабжения и внеплановые затраты на ремонт.

Быстрое накопление отложений приводит к увеличению шероховатости поверхностей и сужению проходных сечений труб, что, в свою очередь, влечет за собой нарушение гидравлических режимов систем теплоснабжения и ухудшение их теплотехнических показателей и в конце концов к повышению удельных расходов топлива и электроэнергии.

При этом коррозия металлов и рост отложений связаны между собой. Согласно наличие отложений на стенках элементов в СЦТ способствует ускоренному развитию «язвенной» коррозии.

С другой стороны, рыхлая структура оксидов железа, которые являются продуктами коррозии стали, способствует ускорению роста отложений, потому они есть центрами накипеобразования. Соли жесткости, откладываясь в порах продуктов коррозии, «цементируют» их и отложения становятся более плотными и достаточно прочными.

Методы приготовления воды

Традиционно методы приготовления воды для СЦТ делятся на два направления:

  1. методы удаления из воды агрессивных газов, а именно кислорода и двуокиси углерода;
  2. методы удаления из воды «солей жесткости», которые создают накипи и является основой для комплексных отложений.

Удаление агрессивных газов до последнего времени почти полностью осуществлялось термическим методом – атмосферной или вакуумной деаэрацией.

Это энергозатратные процессы и к тому требуют строгого соблюдения технологической дисциплины, поэтому их часто исключают из эксплуатации, особенно в групповых и квартальных котельных.

Технология химической деаэрации

В последнее время начала распространяться технология химической деаэрации подпитываемой воды, по которой растворенный кислород связывается сульфитом натрия (Na2SO3), а двуокись углерода — щелочью (NaOH). Эта технология требует значительно меньших затрат энергии и удешевляет приготовления питьевой воды.

Технология комплексной модификации

Разрабатывается также технология комплексной модификации воды с одновременным связыванием агрессивных газов и «солей жесткости».

Одним из самых распространенных методов защиты теплоэнергетического оборудования от коррозии и накипеобразования в настоящее время является модификация воды комплексонами, в первую очередь для «большой» энергетики.

Для этого используют, как правило, производные этилендиаминтетрауксусные кислоты (чаще всего динатрову соль (трилон Б)), которые используются как для предотвращения коррозии оборудования и накипеобразования, так и для очистки оборудования «на ходу» и перед пуском.

К сожалению, для внедрения трилонного водно-химического режима для объектов «малой» энергетики является довольно значительные препятствия, основная из которых – потребность большой концентрации трилона Б для надежной защиты от накипеобразования, в результате чего этот процесс становится невыгодным с экономической точки зрения из-за достаточно высокой цены реагента.

Читайте также:  Новые способы обустройства дорожек - избавляемся от сорняков

Фосфонаты

В конце 20-го и в начале 21-го века было синтезировано большое количество соединений, которые нашли применение для защиты теплоэнергетического оборудования объектов «малой» энергетики, в том числе комплексонов, в частности, фосфонатов, что показали ряд преимуществ перед другими комплексонами для вышеуказанных целей.

В отличие от трилона Б они имеют другой механизм действия при предотвращении накипеобразованию, а именно – ингибируют процесс накипеобразования на стадии возникновения зародыша кристалла, поэтому работают в субстехиометрических отношениях, то есть их рабочие концентрации составляют 1-5 мг/дм3, что делает их применение экономически выгодным.

Такие соединения работают даже на «сырой» воде, что делает ненужной стадию умягчения воды, в результате чего резко уменьшается использование поваренной соли, тем самым уменьшая количество сточной воды, в свою очередь благотворно влияет на окружающую среду.

Технологии с использованием комплексонатов на основе органических фосфонатов в настоящее время стали достаточно отработаны в водоподготовке котельной малой и средней мощности, производство соответствующих реагентов достаточно распространено.

Но применение этих реагентов даже для объектов систем теплоснабжения ограничивается;

  • во-первых, щелочностью среды: при рН более 8,5 комплексонаты щелочно-земельных металлов, которые чаще других соединения применяются для защиты от коррозии систем теплоснабжения, например, комплексонаты цинка распадаются до гидроксида цинка и перестают выполнять свои функции по защите от коррозии;
  • а во-вторых, использование комплексонов на основе фосфонатов ограничено концентрацией ионов-накипеобразователей, в основном, Са2+10 мг-экв./дм3; в-третьих отсутствие нормативной документации, регламентирующей использование методов стабилизационной обработки воды в системах теплоснабжения.

Как результат, инженерно-технический персонал не подготовлен к внедрению технологий реагентной обработки воды.

Резюме

Таким образом комплексная обработка воды требует ряда организационно-технических мероприятий по внедрению теплоэнергетического комплекса, в частности в системах теплоснабжения, хотя окупаемость таких технологий достаточно высока, есть данные, что капитальные затраты окупаются в течение отопительного сезона, или за несколько месяцев.

Химические методы модификации

Принципиально использования химических методов модификации воды для систем СЦТ дает положительный эффект. Постоянные изменения состава питательной воды, которые носят как характер постоянных трендов, зависят от времени года, так и от случайных метеорологических факторов (длинные дождливые периоды или засушливое лето) требуют непрерывным отслеживание ее составом и соответствующего регулирования дозирующих станций, а это сложная задача.

Читайте также:  Какими бывают строительные уровни?

Модифицирование поверхностей элементов в СЦТ

Известны другие методы предотвращения коррозии и накипеобразования, связанные с модифицированием поверхностей элементов в СЦТ, контактирующих с водой. Возможно использование легированных сталей для изготовления элементов теплообменников и котлов. Это позволяет избавиться коррозии, но цена элементов СЦТ значительно возрастает.

Несмотря на увеличение стоимости оборудования такие примеры есть. Это предварительно изолированные трубы для тепловых сетей фирм «Casaflex», или конденсационные водонагревающие котлы фирм «Riello» и «Viessmann». Или водогрейные секционные котлы из алюминиевых сплавов фирмы «De Dietrich» и «Bosch-Buderus». В

озможно также использование пластмасс для изготовления труб для тепловых сетей, но только для температур теплоносителя не более 95°С. Известны конструкции воздухоподогревателей котлов со стеклянной трубы, или из пластика. Все эти технологии пока достаточно дороги и широкого внедрения не находят.

Создание защитных покрытий

Возможны и менее радикальные средства защиты от коррозии, связанные с созданием защитного покрытия поверхностей элементов СЦТ. Возможно напыление на поверхности нелегированной стали других металлов, которые не поддаются коррозии в водной среде, например, легированная сталь или цветные металлы.

Для труб большого диаметра возможно применение плакированной стали, с верхним слоем из легированной стали, а основное тело трубы – из черной стали. Но это тоже дорогие технологии. Предлагаются и методы создания защитных пленок из силикатных солей или магния. Но эти пленки не прочные, их разрушает абразивный износ, в теплоноситель необходимо постоянно добавлять защитную вещество, поэтому распространения они не нашли.

Однако, привлекательность этих методов, заключается в их комплексного защитного действия против коррозии и против накипеобразования, обусловливает дальнейшие поиски в этом направлении.

Создание пленки из ПАВ

Одним из методов создания защитного барьера от воздействия коррозии и накипеобразования на поверхностях элементов СЦТ является создание пленки из поверхностно-активных веществ (ПАВ). Поверхностно-активные вещества входят в состав комплекса химикатов, применяемых для модификации питательной воды.

Их добавление преследует несколько целей. Добавление ПАВ в растворы фосфатов и фосфонатов должно стабилизировать в воде продукты их взаимодействия с солями жесткости – суспензии. Также они должны предотвращать ускоренному появлению повторных отложений после отмывания. Но использование ПАВ для реализации указанных целей носит вспомогательный характер.

Известны свойства ПАВ заставляют нас искать среди их большой номенклатуры такие, которые позволят одновременно проводить отмывания старых отложений и образовывать защитную пленку, предотвращает коррозию и накипеобразования. ПАВ обладают пролонгированным действием и отмывания остаточных отложений продолжается и после окончания основного процесса при эксплуатации котлов.

Читайте также:  Монтаж металлопластиковых труб

Выводы из экспериментов

Дальнейшие эксперименты позволили сделать вывод, что можно отмыть котел и не останавливая его, если просто добавлять в воду определенное количество ПАВ.

В зависимости от толщины отложений их полное отмывания осуществляется в течение одного или двух месяцев. Наблюдение по величине гидравлического сопротивления промытых котлов в течение следующего отопительного сезона показало, что он оставался достаточно устойчивым.

Рост гидравлического сопротивления началось только в середине второго (после промывания) отопительного сезона. Визуальные обследования внутренних поверхностей нагрева после завершения отопительных сезонов показал, что они были свободными от отложений после сезона, когда было совершено разовое введение ПАВ (до 2% объема воды в системе).

Новые отложения появились во время следующего отопительного сезона. В системе термическая деаэрация или химическая дегазация не проводилась в течение всех трех отопительных сезонов, когда проводился эксперимент. Исследования также показали, что на поверхности появляется тонкая (до 50 мкм) прочная пленка серого цвета, которая имеет диэлектрические свойства.

Учитывая электрохимический характер реакции коррозии, можно считать, что именно это и обусловливает ее антикоррозионные свойства и в то же время предотвращает появление центров накипеобразования.

Резюме

Таким образом, поверхностно-активные вещества способны решать задачи по защите поверхностей элементов систем централизованного теплоснабжения от коррозии и накипеобразования, образуя прочную защитную пленку на них. Кроме того, они способны отмывать устаревшие отложения в элементах СЦТ благодаря «эффекту Ребиндера».

Экономический анализ показал, что технология использования ПАВ дешевле, чем традиционные технологии раздельного деаэрации воды и смягчения химической подготовки. Для широкого внедрения предлагаемой технологии использования ПАВ необходимо отработать регламенты их применения и разработать соответствующие нормативные документы.

Adblock detector