Надежность и экономичность систем централизованного теплоснабжения и их теплоисточников — ТЭЦ и котельных — в значительной мере определяется эффективностью защиты оборудования и трубопроводов 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 сетевая 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 невозможно, 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 2003–2004 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] существуют 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 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 трубопровода 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 подпиточном трубопроводе от бака до насоса. На основе уравнения Бернулли построенная номограмма для определения величины разрежения на всасе насоса, работающего с подпором, которая может использоваться при проектировании тракта между баками-аккумуляторами и подпиточными насосами для защиты системы от подсосов воздуха через насосы, с целью максимального использования объема баков-аккумуляторов. Вторая разработанная номограмма позволяет определить количество подсасываемого кислорода в зависимости от величины зазора, разрежения на всасе, конструктивных размеров сальника, 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 напорного трубопровода. 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 опорожнения системы [4]. Для предотвращения завоздушивания местных систем отопления разработана технология теплоснабжения с регулированием давления в обратной магистрали по давлению не на теплоисточнике, а у абонентов, находящихся в самых неблагоприятных гидравлических условиях (с минимальной величиной избыточного напора) (рис. 5) [5]. 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. Содержание кислорода в сетевой воде может резко увеличиться по причине попадания сырой недеаэрированной воды в систему через неплотности подогревателей ГВС в тепловых пунктах закрытых систем теплоснабжения. Разработан ряд способов защиты тепловых пунктов закрытых систем теплоснабжения от присосов сырой воды. Особенность этих способов заключается в том, что тепловой пункт снабжен датчиком жесткости воды, который фиксирует повышенную жесткость сетевой воды в случае появления неплотностей в подогревателе горячего водоснабжения и попадания недеаэрированной водопроводной воды с большей жесткостью и содержанием кислорода в сетевую воду. Одна из схем, применимая для предотвращения присоса сырой воды в период после обнаружения неплотностей в подогревателе до момента его вывода из эксплуатации на ремонт, приведена на рис. 6. Датчик 5 при росте жесткости воды подает сигнал на регулятор давления, а он в свою очередь подает управляющий сигнал на регулирующий орган 7, который уменьшает давление водопроводной воды перед подогревателем горячего водоснабжения до тех пор, пока не снизится жесткость сетевой воды, вплоть до полного отключения [6]. В качестве датчиков жесткости могут использоваться кондуктометрические солемеры общепромышленного применения, предназначенные для непрерывного контроля удельной электрической проводимости воды и определения солесодержания в водных растворах. 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 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 присосов сырой воды через неплотности водо-водяных подогревателей ГВС в закрытые системы теплоснабжения с помощью датчиков жесткости.
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. 2.Патент №2220368(RU). МКИ 7 F 22 D 3/00. Бакаккумулятор для хранения деаэрированной воды. В.И. Шарапов, Э.У. Ямлеева. — Бюллетень изобретений. №36/2003. 3.Патент №2220367(RU). МКИ 7 F 22 D 3/00. Бакаккумулятор для хранения деаэрированной воды. В.И. Шарапов, Э.У. Ямлеева. — Бюллетень изобретений. №36/2003. 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. №27/2002. 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. №13/2003. 6.Патент №2178120(RU), МКИ 7 F 24 D 3/08. Тепловой пункт закрытой системы теплоснабжения. В.И. Шарапов, Э.У. Ямлеева. — Бюллетень изобретений. №1/2002.
