Новые датские стандарты водоподготовки

Размещено на http://www.allbest.ru

Новые датские стандарты водоподготовки

Оле Кристенесен,

генеральный директор компании HYDRO-X

Свен Андерсен,

директор компании HECO Filtration A/S

Правильная обработка воды чрезвычайно важна для оптимальной работы тепловой сети. Водоподготовка сказывается на эксплуатационных расходах системы и ее сохранности и, следовательно, ее необходимо включать в график первоочередных мероприятий по техническому обслуживанию теплосети. Потери теплоносителя в системах централизованного теплоснабжения Дании, созданных 10-15 лет назад, составляют 0.15% в день и еще меньше в новых теплосетях. В настоящее время полагают, что средний срок эксплуатации централизованных тепловых сетей составляет 30-50 лет, а в некоторых случаях еще больше.

В 1999 г. Датская Ассоциация централизованного теплоснабжения в очередной, третий, раз пересмотрела рекомендации по обработке подпиточной и циркуляционной воды на ТЭЦ в Дании. Данные стандарты применимы для температурного диапазона от 35°С до 180°С. Тем не менее, необходимо отметить, что в системе не допускается использование алюминия. Алюминий вызывает коррозию при значениях рН>8.7. Были введены стандарты для обработки подпиточной воды по двум основным направлениям: умягчение и обессоливание.

Рекомендуется выдерживать значения, представленные в таблицах 1 и 2 ниже. В отличие от первых стандартов, которые были намного проще, пересмотренные стандарты охватывают более широкий круг проблем, включая защиту против коррозии и повреждений, имевших место за последние 10 лет. Причина, вызвавшая необходимость такого расширения, состоит в том, что изменения в строительстве новых систем теплоснабжения также привели к внедрению новых методов и применению новых материалов. вода тепловой фильтрация

Образование накипи

Хорошо известно, что жесткость циркуляционной воды является причиной образования накипи в котлах, теплообменниках и трубопроводах. Накипь значительным образом усложняет работу котельной. Это является той причиной, по которой подпиточная вода должна быть умягчена или обессолена. На графике 1 стр. 25 показано увеличение расхода топлива в процентном отношении в зависимости от роста накипи.

Риск, однако, остается, поскольку сырая вода может проникать в циркуляционную систему, например, вследствие наличия неплотностей в баках-расширителях горячей воды. Для снижения риска при водоподготовке применяются химические вещества, благодаря которым соли выпадают в виде осадка.

Расход топлива увеличивается по мере снижения производительности установки. Однако образование накипи приводит к увеличению температуры поверхности нагрева (зачастую до 50%), вызывая расширение металла, что, в свою очередь, может привести к усилению коррозии.

Следует добавить, что последние исследования показали, что осадки, состоящие из органических веществ (например, из биологической пленки), обладают теплоизоляционным эффектом, примерно в 4 раза превышающим эффект обычной кальцевой накипи.

(*) Не рекомендуется корректировать уровень рН с помощью аммиака, поскольку коррозия меди и соединений меди быстро увеличивается при значениях рН свыше 9,0. (**) Поскольку в современных централизованных системах отопления часто используется нержавеющая сталь, следует подчеркнуть, что содержание хлорида свыше 7 мг/л при повышенных уровнях температуры (94 или 108оС) будет вызывать стрессовую корразию на стали марки А/5/ 304 и 316 соответственна (***) Необходимо обращать внимание, если кода имеет запах, характерный для канализации, в фильтрах можно обнаружить шлам, или будет происходить увеличение объема использования химикатов

Коррозия

Наличие кислорода является причиной большинства видов коррозии железа. Таким образом, важно, чтобы содержание кислорода в циркуляционной воде поддерживалось на очень низком уровне, например, менее 0,02 мг/л. При отсутствии кислорода в воде риск коррозии увеличивается пропорционально увеличению солесодержания, особенно при наличии соединений сульфатов и хлоридов. Перед поступлением подпиточной воды в систему теплоснабжения кислород удаляется в деарационной установке.

График 5: для нержавеющей стали марки 304 и 316

Однако, такие установки в Дании применяются только на относительно крупных ТЭЦ, то есть там, где происходят самые большие потери воды. Более низкие концентрации кислорода могут быть нейтрализованы путем добавления в циркуляционную воду корректировочных химических продуктов. Этот способ водоподготовки пригоден для небольших установок теплоснабжения.

Значение рН для циркуляционной воды поддерживается на уровне 9.8, при этом допускается отклонение в диапазоне +/- 0,2. Столь узкий интервал для рН выбран исходя из того, что при высоком значении рН обеспечивается защита железа, как это видно на графике 3, на котором приведены зависимости между уровнем рН, температурой и растворимостью магнетита. Минимальное значение рН должно составлять 9,6.

В том случае, если в теплосети используются другие металлы (помимо стали), например, медь или латунь, рН имеет максимально допустимое значение и определяется на основании графика коррозии латуни (график 4). На данном графике показано, что минимальная коррозия наблюдается при рН=9,5. При повышении значения рН коррозия значительно возрастает, поскольку при рН=10 наблюдается увеличение выщелачиваемости содержащегося в латуни цинка. В экономайзерах и пластинчатых теплообменниках применяется нержавеющая сталь. Как правило, данный материал имеет высокую сопротивляемость коррозии, однако нержавеющая сталь подвержена влиянию двух факторов: температуры и присутствия хлоридов. На графике 5 ясно видно, где применяются два наиболее распространенных типа стали (А151 304 и 316), поскольку оба типа стали чувствительны по отношению к хлоридам. Сталь типа А131 304 реагирует на температуру 94°С и выше, в то время как тип А131 403 выдерживает температуру до 108°С, после которой происходит коррозия в результате присутствия хлоридов. При очистке нержавеющей стали важно никогда не применять соляную кислоту, так как она нарушает защитную пленку, что напрямую разрушает сталь.

Сернистая коррозия обычно вызывается бактериями, снижающими содержание серы. Воздействию подвергается медь и латунь, при этом в медных трубах, насосах или термостатах появляются продукты коррозии в виде черного/серого кристаллического налета. В Дании разрешено добавлять до 15 мг/л эффективного биоцида , называемого Родалон. Это вещество быстро уничтожает циркулирующие бактерии, однако нарушение биологической пленки может, в конечном итоге, привести к появлению более серьезных проблем.

При использовании пластиковых труб в централизованных тепловых сетях предписано хзначение кислородонепроницаемости в соответствии со стандартами DIN 4726 или 4729, так как незащищенная пластиковая труба позволяет кислороду проникать в циркуляционную воду.

Фильтрация

Коррозия, появляющаяся вследствие твердых отложений - это термин, используемый для характеристики локальной коррозии в местах выпадения твердых осадков. Из циркуляционной системы очень важно удалять солевой остаток и частицы железа, так как это не только уменьшает коррозию, но и эрозию, и механический износ, например, насосов, а также уменьшает отложения магнетита в теплообменниках и загрязнение термостатических клапанов. Кроме того, такая коррозия приводит к ошибкам при измерении потребления тепла. Действующие рекомендации требуют, чтобы циркуляционная вода была чистой и не содержала осадка. Выполнение данных требований можно обеспечить при сочетании механической и магнитной фильтраций.

Фильтрация применяется для экономичной и надежной обработки воды в системе путем эффективного удаления осадка и частиц магнетита из теплосети. Непрерывное уменьшение количества осадков значительно уменьшает процесс осаждения в теплообменниках, трубопроводах и батареях. Таким образом, за счет фильтрации поддерживается высокоэффективная теплопередача и сводится к минимуму коррозия, образуемая из-за оседания осадков и эрозии.

Частичные фильтрующие блоки

Частичные фильтрующие блоки, устанавливаются параллельно обратному трубопроводу. При этом от 5 до 15% объема теплоносителя проходит через фильтр поступает в основной трубопровод обеспечивая непрерывную фильтрации воды в сети, удаляя мелкие и средни частицы грязи. Степень фильтрации должна быть в диапазоне 5-10 микро] при обычном режиме работы. Поскольку функция фильтр заключается в удалении грязи и системы, сам фильтр должен регулярно очищаться. Фильтр устанавливаете: автономно; это обеспечивает его простое отключение и очистку без изменения режима работы сети. Для преодоления перепада давления перед фильтром устанавливается небольшой циркуляционный насос.

Добавление магнитного блока к частичному фильтрующему блоку значительным образом повышает эффективность удаления сверхабразивных частиц магнетита, которые имеют тенденцию проникать через механически фильтрующее заграждение. Данный блок позволяет активно удалять ферромагнитные частицы и некоторые другие оксиды железа типа Ре304, -Ре203 ] Ре203, а также другие смешанные оксида Ре304, где одна молекула заменяете: другими оксидами, например, СоО, МпСО илиСг203.

Блоки частичной фильтрации всегда необходимо устанавливать в обратной трубопроводе и в нижней части системы, куда под действием сильного тяготения перемещаются и скапливаются осадки.

Главная причина установки блока частичной фильтрации заключается в том, чтобы добиться одного или нескольких результатов:

- удаление мельчайших частиц грязи из сети;

- недопущение блокирования теплообменника;

- продление срока эксплуатации большинства установленных компонентов;

- обеспечение правильных показаний и замеров приборов и тепловых счетчиков;

- недопущение эрозии компонентов;

- сведение к минимуму коррозии из-за отложений;

- сведение к минимуму гальванической коррозии;

- продление срока эксплуатации насосов, термостатических и регулирующих клапанов и других компонентов с подвижными элементами.

Удаление твердых частиц, таких как силикат и магнетит, уменьшает до минимума коррозию системы, а также продлевает срок эксплуатации деталей насосов, таких как прокладки и подшипники.

Фильтрация полного расхода циркуляционной воды осуществляется установками полной фильтрации, которые устанавливаются для защиты таких компонентов системы, как насосы, теплообменники, клапаны и трубопроводы, от динамического повреждения из-за более крупных частиц и элементов грязи. В случае с пластинчатыми теплообменниками установки полной фильтрации также выполняют защиту от закупоривания.

Степень фильтрации зависит от тех компонентов, которые нуждаются в защите. Трубы и насосы центробежного типа, как правило, имеют надежную защиту при фильтрации частиц размером более 2-3 мм.

В случае с теплообменниками рекомендуемая степень фильтрации варьируется от 0.5 до 3 мм в зависимости от типа теплообменника.

Установки полной фильтрации выполняют защиту от воздействия более крупных частиц грязи. По этой причине, они должны иметь такую конструкцию, которая выдерживала бы большие нагрузки.

Время обслуживания фильтра имеет квадратичную зависимость от площади его рабочей поверхности, например, при увеличении его рабочего сечения вдвое оно увеличивается в четыре раза. Однако не только площадь поверхности рабочей зоны влияет на технические характеристики фильтра. Также важны такие показатели, как скорость насыщения поверхности фильтра и гидродинамическое сопротивление при различных степенях ее насыщения.

Очень часто выбор фильтра осуществляется по таким критериям, как номинальный диаметр и капитальные затраты. В большинстве случаев инженеры-проектировщики вынуждены довольствоваться ограниченной информацией о технических параметрах фильтров, таких, как перепад давления в условиях чистого теплоносителя, площадь поверхности фильтра и его стоимость. С эксплуатационной точки зрения, такой информации не достаточно для правильного и продуманного выбора.

По информации о перепадах давления можно лишь частично судить о самых первых секундах работы чистого фильтра после его ввода в эксплуатацию. Через короткое время перепад давления увеличивается по мере того, как площадь поверхность фильтра начинает насыщаться, и именно в этот момент выявляется реальная разница между проектным инженерным и фактическим выбором диаметра фильтра. С течением времени перепада! давления будут меняться по-разному в зависимости от разных фильтров.

Фильтр - это не просто фильтр

На графике 7 показаны разные ситуации при использовании фильтра А (сетчатый Т-образный фильтр) и фильтра В (проходной фильтр с У-образным уловителем). Фильтры работают в размером частиц грязи и нагрузкой, измеряемой в мг/л (идентичная концентрация частиц при равных расходах теплоносителя).

При условии очистки при перепаде давления в 0,8 атмосфер фильтр типа А на графике 7 необходимо очищать три раза в течение периода, требующегося для однократной очистки фильтра типа В, чтобы избегать сбоя в системе.

Часть графика под кривыми отражает потребление электроэнергии фильтрационной установкой, и, таким образом, становится ясно, что при таком режиме работы энергопотребление фильтра А на 40% больше в сравнении с фильтром В. Простые расчеты конструкции для системы диаметром 200 мм со скоростью теплоносителя 2 м/с и средней степенью насыщения, в 3 раза превышающей значение 2, показывают, что потребление энергии может варьироваться от 3730 кВтч до 16570 кВтч за 8000 часов работы в зависимости от выбора фильтра (график 2). При ожидаемом 20-летнем сроке эксплуатации и среднем сроке достигнет 129 МВтч на установку.

Новые виды продукции и концепции

Все вышеназванные стандарты вступили в силу в конце 1999 г. Работа сектора теплоснабжения Дании сопровождалась бурным развитием. Разрабатывались новые виды материалов, продукции, принимались новые концепции и одновременно с этим изучались вновь возникающие проблемы.

Впервые в стандарты были включены две марки химических добавок для систем централизованного теплоснабжения: красящие добавки и вещества для обработки мягкой воды. Красящие вещества (уранин и пираний) можно применять в датских системах для решения проблемы выявления утечек. При применении этих веществ необходимым условием является информирование потребителя о целях подобной обработки воды и ожидаемых результатах. В датских теплосетях не разрешается постоянное применение красящих добавок. Вещества для обработки мягкой воды все еще находятся в стадии исследований и не разрешены для общего использования.

В новых стандартах особый акцент ставится на подготовку подпиточной воды, деаэрацию и корректировку уровня рН. На практике рекомендации относительно циркулирующей воды не отличаются друг от друга, тем не менее, были сделаны многочисленные комментарии для применения этих рекомендаций, а именно:

Нельзя забывать о проникновении кислорода вследствие использования накопительных баков (надо использовать азотную подушку вместо паровой подушки).

? Следует помнить о возможном росте бактерий (нельзя применять сульфит в качестве поглотителя кислорода, поскольку он представляет собой питательную среду для некоторых видов бактерий).

? Рекомендуется использовать воду из установок обратного осмоса в обратном трубопроводе вместо обычной умягченной воды для снижения уровня аммиака (аммиак вызывает коррозию меди при наличии даже небольших объемов кислорода).

? Следует помнить об образовании отложений в баках-аккумуляторах и неработающих котлах.

Окружающая среда

В новых стандартах также подчеркиваетсяважность природоохранных аспектов применения химических веществ в системах теплоснабжения: водообработка и антикоррозийная профилактика должны находиться на таком уровне, который делал бы системы ЦТ экологически чистыми и обеспечивал их высокий зеленый (экологический) профиль. Применение централизованной системы теплоснабжения должно быть оправдано с экологической точки зрения, а это также касается водообработки.

Применение химических веществ должно быть доведено до минимального уровня, при этом следует утверждать к применению самые экологически безвредные химикаты. При экологической оценке необходимо помнить о том, что система горячего водоснабжения может быть заражена теплоносителем из отопительной системы; в случае утечек вода из системы отопления может проникать в почву, водные протоки или просто просачиваться в канализационную систему.

Кроме того, необходимо правильно оценивать место проведения работ; нужно представлять описание работы и возможного смешивания химических веществ во избежание несчастных случаев. Каждый химикат должен иметь описание, и в этом случае на помощь приходят таблицы безопасности с характеристиками химических веществ, разработанные ЕС.

Заключение

Концепцию водообработки следует регулярно пересматривать, поскольку меняются тарифы на воду, технологии и экологические стандарты. Необходимо создать программу для периодической оценки стандартов, и эта программа должна включать анализ всех параметров, указанных в стандартах вместе с оценкой химических веществ, используемых для обработки воды. Существуют такие методы оценки, как отбор образцов для проверки коррозии (один из способов выявления возможной коррозии в сети на химическом и микробиологическом уровнях), однако такой метод нельзя считать самым надежным для определения скорости образования коррозии из-за того, что в разных частях системы коррозия проистекает по-разному.

В завершение можно добавить, что средние потери воды в обычных теплосетях Дании составляют 0,15% в день, а в новых системах трубопроводов потери еще меньше. Это объясняется тем, что происходит сочетание интенсивной реконструкции систем и строительства новых сетей трубопроводов, а также применяются правильные методы водообработки. По проведенным оценкам, современные тепловые сети, созданные в соответствии с настоящими стандартами, будут служить 30-50 лет, а в некоторых системах еще дольше.

Размещено на Allbest.ru