В котельной Волжского электромеханиче­ского завода {ВЭМЗ) установлены 2 водо­грейных котла ПТВМ-ЗОМ и 2 паровых кот­ла ДКВР-20/13 стандартной комплектации с па­роводяными подогревателями для системы отоп­ления и вентиляции. Теплопроизводительность котлов была выбрана с учетом увеличения в пер­спективе технологической и отопительно-венти-ляционной нагрузок расширяемого производства и в значительной степени с учетом увеличения объема строительства собственного жилья.

 

Система отопления выполнена по принятой в г Волжске схеме в двухтрубном исполнении с открытым водоразбором горячей воды.

Сложившийся к концу 1990-х годов уровень цен на реагенты и ионообменные материалы обусловил поиск такого метода обработки под-питочной воды, который позволил бы решить за­дачу ингибирования накипеобразования и кор­розии в системе теплоснабжения при макси­мально возможном упрощении и удешевлении избираемых средств.

В настоящее время вместо традиционного умягчения воды в системах теплоснабжения ши­роко применяются в ка­честве ингибиторов на­кипеобразования (1п₃) фосфоновые соедине­ния. При этом в зависи­мости от жесткости под-питочной воды затраты на ее обработку сокра­щаются в 10-30 раз- В технической литературе эти соединения называ­ют антинакипинами, комплексонами, органо-фосфонатами, фосфо-натами. Наиболее изве­стным соединением этого класса является 1 -гидроксиэтилиден-1,1 -дифосфоновая кислота, в русскоязычных источ­никах она сокращенно обозначается как ОЭДФ.

Для расширения области эффективного при­менения фосфонатов специалистами ИТЦ ОРГ-ХИМ (г. Казань) в 1994 г на основе цинкового комплекса ОЭДФ с синергетическими добавка­ми органических и неорганических веществ раз­работан и применяется в настоящее время в промышленных масштабах ингибитор накипеоб­разования и коррозии «Композиция ККФ» [7, 8].

В 1998 г система теплоснабжения ВЭМЗ была переведена на подпитку артезианской недеаэри-рованной водой, стабилизированной Компози­цией ККФ> Водоснабжение котельной осуществ­ляется от собственного артезианского водозабо­ра. Исходная вода отличается высокими накипе-образующими свойствами и характеризуется следующими показателями;

■         значение рН - 7,5-7,8:

■         жесткость общая, мг-экв/кг- 13,0-15,0;

■         щелочность общая, мг-экв/кг - 5,5-6,0;

■         сульфаты, мг/кг - 450-550;

■         хлориды, мг/кг - 20-22;

■         железо, мг/кг- 1,2-1,5;

■         солесодержание, мг/кг - 950-1100;

■         окисляемость, мг 0₂/кг - 1,0-1_Я2.

 

Под стабилизацией воды понимается подав­ление процессов как накипеобразования, так и коррозии. При обработке воды Композицией ККФ условия стабильности запишутся в виде: Ж_пв я Ж'_св = Ж"_св; Щ_ПЕ = Щ'_Св ~ Щ"св! ^пв^ ^^е'св ^й ^^е"св5 О_гпв - 0'₂св ~ С'гсв- ^гД^е символ «'» соот­ветствует значению показателя до нагрева, а символ Л после нагрева, индекс «пв» относится к пидпиточной воде, а «ев» - к сетевой воде.

Графически условие стабильности сетевой воды в процессе нагрева показано на рис. 1.

Как видно из рис, 1, доза реагента, необходи­мая для стабилизации воды, возрастает с уве­личением жесткости и/или щелочности исход­ной воды (а), а также с увеличением температу­ры нагрева (б). Следовательно, одновременно с увеличением температуры нагрева сетевой во­ды или накипеобразующих свойств исходной воды необходимо увеличивать концентрацию реагента в сетевой воде.

Следует отметить, что комплексонный водно-химический режим (КВХР) предъявляет высокие требования к надежности и устойчивости режи­ма дозирования реагентов, поскольку потенци­ально опасное, с точки зрения накипеобразова­ния, содержание кальция в воде значительно превышает его содержание при традиционных методах подготовки подпиточной воды.

В начале рабочий раствор Композиции ККФ подавался в систему теплоснабжения установ­кой дозирования (УД) на основе гидроструйного насоса-дозатора (Н-Д).(рис. 2)

В этой схеме побудителем расхода является перепад давлений между всасывающим и на­гнетательным коллекторами сетевого насоса, а расход реагента устанавливается вручную с по­мощью ротаметра (Р) на основании результатов химического анализа и данных режимной кар­ты. Расход реагента в эксплуатационных усло­виях зависит от расхода подпиточной воды и, как следует из рис. 1, от температуры нагрева сетевой воды и накипеобразующих свойств во­ды, которые в условиях артезианского водоза­бора в зависимости от состава работающих скважин могут изменяться в значительных пре­делах.

Опыт эксплуатации показал, что УД на основе гидроструйного Н-Д требует постоянного над­зора со стороны эксплуатационного персонала и не всегда обеспечивает устойчивый режим до­зирования. Поэтому в 2002 г. эта установка была заменена на автоматическую установку дозиро­вания УД-4А на основе электромеханического Н-Д с управлением от импульсного преобразо­вателя расхода (рис. 3). Установка обеспечива­ет устойчивый режим дозирования реагента пропорционально расходу подпиточной воды, а также имеет возможность корректировать ре­жим дозирования как по температуре нагрева сетевой воды, так и при изменении жесткости и щелочности исходной воды.

Стабилизация режима дозирования Компо­зиции ККФ обеспечила наряду с повышением надежности эксплуатации котлов сокращение расхода реагента на 300 кг в год.

С началом рыночных реформ на ВЭМЗ прекра­тилось строительство собственного жилья и рез­ко упал объем производства. В результате сло­жился огромный разрыв между проектным и фак­тическим теплопотреблением. Ввиду избыточной установленной тепловой мощности на котельной средняя нагрузка на котлы ПТВМ-ЗОМ не превы­шала 10-12 Гкал/ч, что определяло весьма низкий КПД котлов и, как следствие, повышенный расход топлива. Ситуация осложнялась наличием собст­венного тепличного хозяйства, которое необходимо отапливать и после завершения отопитель­ного сезона вплоть до июня месяца. При перево­де системы отопления в этот период на парово­дяные подогреватели потери тепла из-за техни­ческого несовершенства паро-конденсатного хо­зяйства составляли 50% и более.

К 2002 г в связи с изменением структуры производства были остановлены практически все технологические потребители пара, поэто­му котлы ДКВР-20/13, у которых заканчивался расчетный срок службы, в целях экономии энер­горесурсов и упрощения эксплуатации котель­ной были переведены на водогрейный режим работы по схеме! разработанной ОАО «Бийский котельный завод».

Конвективный пучок котла разделен двумя перегородками в барабанах на 3 части, Подвод воды от экономайзера произведен в первую по ходу газов подъемную для воды часть, затем во­да опускается вниз по «зажатому» для повыше­ния скорости воды среднему пучку и по послед­ней по ходу газов части конвективных труб сно­ва попадает в верхний барабан. Затем вода по­ступает в задний экран, задние боковые экраны, фронтовой экран и выходной коллектор. Схема циркуляции котла обеспечивает во всех обогре­ваемых контурах (за исключением средней час­ти конвективного пучка) движение воды снизу вверх.

Все известные схемы перевода котлов ДКВР на водогрейный режим имеют целый ряд недо­статков, способствующих развитию накипеоб-разования:

■         высокая температурная и гидравлическая не­равномерность (разверка) между трубами котла;

■         наличие застойных зон в барабанах;

■         экранирование потолка топки слабонакло-ненными экранными трубами в виде шатра, а также наличие гибов и практически горизон­тальных участков труб в конвективном пучке;

■         наличие участков с опускным движением воды,

В этих условиях особенно важно соблюдение ряда режимных и эксплуатационных требований,

1. Наличие температурных и гидравлических разверок может приводить к возникновению по­верхностного кипения, которое в трубах водо­грейных котлов возникает при определенном сочетании режимных параметров: расход воды (скорость воды), тепловое напряжение (тепло­вая нагрузка), температура и давление воды на выходе из котла.

Следует отметить, что в отличие от котлов ПТВМ-30, для которых температурная разверка составляет 30-40 °С, для водогрейных котлов ДКВР в настоящее время отсутствуют какие-ли­бо опытные данные по оценке разверок. Поэто­му при наладке водно-химического режима (ВХР) было принято значение температурной разверки равное 70 ^аС. Это означает, что если температура воды на выходе из котла составля­ет 115 °С_] то в отдельных наиболее теплонапря-женных трубах котла она может достигать 185 °С. Этой температуре соответствует давле­ние насыщения равное 1,12 МПа. Для предот­вращения поверхностного кипения и, как следствие, накипеобразования давление воды на выходе из котла при этих условиях должно быть больше давления насыщения.

 

2. Наличие застойных зон, гибов и труб с го­ризонтальными участками делает водогрейные котлы ДКВР очень чувствительными к взвешен­ным частицам в сетевой воде, которые легко от­кладываются на внутренних поверхностях, вы­зывая перегрев труб и их разрушение.

В процессе эксплуатации установлено, что Композиция ККФ эффективно разрушает все виды отложений, имеющихся в системе тепло­снабжения. Частицы разрушенных отложений могут заноситься потоком воды в котел и обра­зовывать отложения. Поэтому в первый после пуска отопительный сезон наряду с периодиче­ской продувкой дренажей котла практиковался периодический (1 раз в 2 мес.) внутренний ос­мотр котла. Накапливающийся в застойных зо­нах котла шлам имел илообразную консистен­цию с крупинками разрушенных отложений, низкую адгезию к металлу и легко удалялся из барабанов котла. Шлам из труб конвективного пучка легко смывался струей воды.

В следующий отопительный сезон для пре­дотвращения заноса котла шламом на бараба­нах котла и коллекторах были установлены ульт­развуковые излучатели. Внутренний осмотр котла, проведенный по окончанию отопительно­го сезона, показал практически полное отсутст­вие шлама в трубках конвективного пучка и на­личие небольших очагов шлама в застойных зо­нах барабанов котла.

Для более эффективного удаления шлама при периодической продувке рекомендуется в нижней части перегородок барабанов котла вы­полнить отверстия диаметром 30-40 мм.

При применении Композиции ККФ на­дежность эксплуатации водогрейных кот­лов можно значительно повысить за счет ускоренной промывки системы теплоснаб­жения от отложений [9, 10], либо установки ю^-2 перед сетевыми насосами эффективно ра­ботающего шламоотделителя.

3.   Существенным конструктивным не­достатком котлов ДКВР является наличие участков с опускным движением воды. При снижении расхода сетевой воды через котел и недостаточно высоких скоростях в эле­ментах с опускным движением воды из-за зна­чительной тепловой и гидравлической неравно­мерности могут возникать замкнутые контуры с естественной циркуляцией. В этом случае в тру­бах с максимальной тепловой нагрузкой и мини­мальным расходом воды происходит переход с опускного движения на подъемное с возникно­вением пристенного кипения воды, сопровож­даемое неизбежным накипеобразованием и по­явлением гидравлических ударов.

Для обеспечения надежной работы котла в условиях переменных нагрузок расход воды че­рез него рекомендуется поддерживать постоян­ным при помощи рециркуляции части сетевой воды, для чего необходимо установить насос рециркуляции. Кроме того, для регулирования температуры прямой сетевой воды необходимо предусмотреть байпасный трубопровод для по­дачи обратной сетевой воды в прямую.

4. При подпитке систем теплоснабжения не-деаэрированной водой необходимо учитывать присутствие в ней растворенных газов. По трак­ту котла температура воды увеличивается, а давление падает. В результате снижается рас­творимость газов, для их периодического уда­ления из всего верхнего барабана через один воздушник необходимо в верхней части перего­родок верхнего барабана оставить отверстие диаметром 30-40 мм.

Присутствие в воде растворенного углекисло­го газа С0₂ оказывает большое влияние на рас­творимость карбоната кальция. Растворимость кальцита в воде, находящейся в равновесии с воздухом, составляет около 56 мг/л. Парциаль­ное давление (оно равно произведению общего давления газовой смеси на концентрацию данно­го газа в молекулярных долях) двуокиси углерода Р_Со₂ в воздухе составляет 3-10⁵ МПа< Если пар­циальное давление С0₂ увеличить до 0,01 МПа, то в растворе может содержаться уже около 380 мг/л СаС0₃(рис> 5).

Таким образом, снижение давления по тракту системы теплоснабжения, приводящее к соответ­ствующему снижению парциального давления С0₂з может быть одной из причин уменьшения растворимости СаС0₃ и выпадения его в осадок. Кроме того, выделяющиеся из жидкости при дав­лении ниже насыщения пузырьки газа появляют­ся, в первую очередь, не в объеме жидкости, а на поверхности, что ведет к образованию многочис­ленных границ раздела фаз твердое тело - газ -жидкость и способствует зарождению и росту кристаллов солей. Поэтому условия стабильности воды при КВХР должны быть дополнены соотно­шениями: Ж"_св * Ж'"_св; Щ"_св * Щ'"_СБ.

В заключение необходимо отметить, что ус­ловия и причины образования отложений в сис­темах теплоснабжения многообразны и зависят от большого числа разнонаправленных факто­ров, Интенсивность образования отложений можно упрощенно представить в виде;

|=1[Н(рН₁ Ж₀₁ Ж_Са, Що); 0(Щ_ГУМ, О_гд); К(С0₂, 0₂, 5, Ре); Т(1, ъ V, Р, grad Р)].

Все факторы условно разбиты на 4 группы: Н

-   факторы, определяющие концентрационный напор накилеобразователей; О - содержание в воде органических примесей; К - факторы, оп­
ределяющие коррозионную агрессивность во­ ды; Т - технологические факторы.

Здесь: \ - температура воды за котлом; рН -водородный показатель; Ж₀ - общая жесткость воды; Ж_Са - кальциевая жесткость воды; Що - об­щая щелочность воды; Щгу_М - щелочность, обус­ловленная наличием гуминовых соединений; СО^

-  содержание углекислоты; 0₂ - содержание кис­лорода; C - солесодержание воды; Ре - содержа­ние соединений железа; О_щ - окисляемость во­
ды; ц - удельная тепловая нагрузка поверхности нагрейа; V - расход воды через котел; Р - давле­ние воды в котле; grad Р - изменение давле­
ния в системе теплоснабжения.

Понятно, что при таком количестве взаимосвязанных показателей, ха­рактеризующих процессы коррозии и образования отложений, разра­ботать унифицированные нормы КВХР невозможно. Поэтому на­ладка КВХР систем теплоснаб­жения должна в каждом кон­кретном   случае   выполняться строго индивидуально органи­зацией, имеющей опыт прове­дения  наладочных работ.  При этом должны быть разработаны инструкция по организации ВХР и режимная карта с обязательным указанием предельных режимных и эксплуатационных параметров.

Литература

1. Матковская Т.А., Попов К,И,, Юрьева Э.А. Бисфосфона-ты, Свойства, строение и применение в медицине, - М.. Химия, 2001. - 224 а

2.  Дятлова Н.М._Г Темкина В.Я., Попов К. И. Комплексоны и комплексонаты металлов. - М.: Химия, 1988. - 544 с.

3. Потапов СА._гДрикерБ.Н. Цирульникова Н.В.//Энерго­сбережение и водоподготовка. 2004. № 3, С. 57-60.

4. Терехин С.Н., Маклакова В.И, Бихман Б, И, и др. // За­щита металлов. 1990. т. 26. № 5. С 805-8 Ю

5.  Дятлова Н. М., Терехин С. Н.. Маклакова В. П. и др. // При­менение комплексонов для отмывки и ингибирования солеогложения в различных знерго- и теплосмстемах. М.: НИИТЭХИМ. 1986. С 34-44.

6.  Рудакова Г.Я., Ларченко В.Е., Цирульникова Н.В. // Тез. конф. «Современные технологии водоподготовки и за­щиты оборудования 07 коррозии и накипеобрззования». М,: ИРЕА, 2003. С. 11-19.

7.  Потапов СЛ. // Новости теплоснабжения. 2002. № 3. С. 40-43.

8. Потапов С.А., Егоров Г. М._г Лесной СМ., Меламед А.М. //Новости теплоснабжения, 2003. №10, С. 50-53.

9.  Потапов СА._Г Антипин М.К., Костылев Б.В., Кривощеков С.Н. //Новости теплоснабжения. 2002. № 6, С. 36-39.

10. Поленов А.Л. // Ресурсо- и энергосберегающие методы водоподготовки и очистки систем теплоснабжения. На­учно-практическийсеминар. - Казань. КГУим. В. И. Ле­нина. 2004. С. 79-82