Размещено на http://www.allbest.ru/

Уменьшение содержания кислорода в сетевой воде

Предотвращение завоздушивания тепловых сетей в процессе эксплуатации

При проектировании тепловых сетей производится их гидравлический расчет и строится пьезометрический график проектируемого объекта. Одним из требований к проектированию является обеспечение избыточного давления воды во всех элементах системы теплоснабжения не менее 0,05 МПа. Это делается для предупреждения подсоса воздуха в систему теплоснабжения, особенно в тех случаях, когда геодезические уровни теплоисточника и объектов теплоснабжения или геодезические уровни по трассе тепловой сети значительно отличаются друг от друга. В то же время при переменных или переходных (от зимнего к летнему) гидравлических режимах или при падении давления в обратных магистралях теплосети в случае недостаточного расхода подпиточной воды, могут возникать зоны с нулевым избыточным давлением. Для этих случаев могут быть применены двухпоточные схемы регулирования давления в обратных трубопроводах с установкой клапанов подпора, предупреждающие завоздушивание трубопроводов через сальниковые уплотнения арматуры тепловых сетей и тепловых пунктов потребителей. Например, для магистрали № 2 района № 11 ОАО «Московская теплосетевая компания» разница геодезических отметок теплоисточника и зоны теплоснабжения составляет около 70 м. В результате при поддерживании давления в обратном трубопроводе у теплоисточника (ТЭЦ-26) 0,15-0,3 МПа в верхних зонах систем теплоснабжения происходило завоздушивание сетевой воды. Расходы сетевой воды в магистрали № 2 в летний и зимний периоды резко отличаются: зимой - 10 тыс. т/ч, летом - 1-3 тыс. т/ч.

Для обеспечения необходимого уровня давления в обратных трубопроводах тепловых сетей и систем потребителей, питающихся от магистрали № 2, на этой магистрали была смонтирована и запущена в эксплуатацию схема регулирования, представленная на рис. 1.

В связи с большим отличием летнего и зимнего расходов сетевой воды в этой магистрали принято дискретное управление двумя регулирующими органами: на основном потоке установлен шаровой кран условным диаметром Dу800 мм, на обводной линии поворотная заслонка Dу250 мм. При низком расходе воды (в летнее время) шаровой кран закрыт и регулирование необходимого уровня давления осуществляется поворотной заслонкой. В зимнее время основное регулирование производится шаровым краном, а более тонкое регулирование - поворотной заслонкой. Управление схемой регулирования проводится по давлению воды перед системой регулирования. Контроль значений параметра регулирования (давления), положения регулируемой арматуры и управление схемой производится дистанционно из диспетчерского пункта района № 11 и может проводиться как диспетчерским персоналом, так и с помощью автоматического регулятора по заданным параметрам.

Предотвращение насыщения сетевой воды кислородом при ремонтных работах в тепловой сети

При летних ремонтных работах в теплосети стандартной операцией является опорожнение отдельных участков трубопроводов и их последующее заполнение водой. Для предотвращения контакта металла труб с водой, имеющей высокую концентрацию кислорода, участки трубопроводов теплосети заполняются деаэрированной (обычно обратной сетевой) водой. Однако и в этом случае за счет насыщения сетевой воды кислородом воздуха в процессе заполнения пустых трубопроводов происходит увеличение концентрации кислорода в воде. В частности, на ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» были зафиксированы случаи повышения концентрации кислорода в сетевой воде в период ремонта теплосети.

В то же время кратковременное увеличение концентрации кислорода в воде приводит к появлению на поверхности трубопроводов коррозионных язв.

ВТИ были проведены исследования по определению степени насыщения воды кислородом воздуха при заполнении пустых трубопроводов деаэрированной водой [1]. Эксперименты проводились в открытом баке, который заполнялся сетевой водой с температурой 40 ^ОС и концентрацией кислорода 50 мкг/кг В процессе заполнения бака концентрация кислорода в воде увеличивалась до 1500 мкг/кг В дальнейшем измеряли скорость изменения усредненной по объему воды концентрации кислорода при различной интенсивности перемешивания воды в баке, соответствующей скорости движения воды 0; 0,4 и 3,7 м/с (рис. 2).

Известно, что скорость перехода кислорода через границу воздух-вода значительно больше, чем скорость распространения кислорода в объеме спокойной воды. Поэтому основным фактором, определяющим скорость насыщения воды кислородом, является массоперенос. При интенсивном перемешивании воды (3,7 м/с) концентрация кислорода уже через 4 ч практически достигала уровня насыщения, составляющего 7500 мкг/кг (в ходе перемешивания температура воды снижалась до 30 ^ОС). При менее интенсивном перемешивании (0,4 м/с) в интервале выдержки 1-2,5 ч концентрация кислорода в баке была почти в два раза меньше, чем при интенсивном перемешивании.

Оценить реальную интенсивность перемешивания воды при заполнении трубопроводов достаточно сложно. Длина заполняемого участка труб (с учетом разветвлений) достигает 30 км; диаметр труб изменяется от 100 до 1400 мм. Отдельные участки труб могут быть расположены выше или ниже остальных участков заполняемого трубопровода. В то же время рекомендуемая по эксплуатационной инструкции скорость заполнения составляет от 10 м³/ч для трубопроводов диаметром 100 мм и до 500 м³/ч для трубопроводов диаметром 1200 мм. Реальная скорость движения воды в заполняемом трубопроводе при неизменном расходе постоянно уменьшается, т.к. сечение для прохода воды при заполнении трубы увеличивается. Если условно рассчитывать скорость движения потока воды исходя из заполнения половины сечения трубы, то в трубах диаметром 100 и 1200 мм при указанных в инструкции параметрах она будет составлять, соответственно, 0,71 и 0,245 м/с.

Таким образом, скорость движения воды 0,4 м/с (см. рис. 2) достаточно близка к реальной скорости воды при заполнении трубопроводов. Следовательно, основным способом уменьшения концентрации кислорода в воде при заполнении трубопроводов теплосети является сокращение времени их заполнения, которое в настоящее время может достигать 6 ч. Сокращения времени заполнения можно добиться за счет уменьшения объема (длины) заполняемых участков или увеличения скорости заполнения.

Принципиально важным является также правильное расположение и качественное использование воздушников, чтобы исключить возможность образования «воздушных мешков» в трубопроводах теплосети при их заполнении деаэрированной водой. При заполнении обратной сетевой водой в трубопроводе создается давление 4 кгс/см². При этом давлении концентрация кислорода в воде (t=25 ^ОС) может составлять более 29 мг/л. Однако в реальных условиях при переходе кислорода из «воздушного мешка» в воду парциальное давление кислорода в «мешке» снижается, поэтому такие высокие концентрации кислорода в больших объемах воды не достигаются. В то же время насыщение воды кислородом в ходе заполнения трубопроводов до концентрации 15 мг/кг вполне возможно.

Расчеты показывают, что при образовании в трубопроводе «воздушного мешка» объемом 110 м³ (P=4 кгс/см²) в больших объемах воды могут создаваться очень высокие концентрации кислорода, что приводит к появлению язв на внутренней поверхности труб. Результаты расчетов приведены в таблице.

На практике в период послеремонтного включения трубопроводов ОАО «Московская теплосетевая компания» в работу в сетевой воде на короткие сроки создаются очень высокие концентрации кислорода, что является результатом контакта воды с «воздушными мешками» в трубопроводах.

Предотвращение аэрации воды в баках и защита резервуаров от внутренней коррозии

Важным элементом централизованных систем теплоснабжения являются баки-аккумуляторы открытых систем и емкости запаса подпиточной воды закрытых систем. В крупных системах теплоснабжения емкость баков может достигать 20 тыс. м³. От эффективности предотвращения аэрации воды в баках зависит содержание кислорода в сетевой воде.

При выводе баков во внеплановый ремонт подпитку теплосети частично приходится проводить недеаэрированной водой. Поэтому резервуары ТЭЦ или котельных, работающих совместно с тепловой сетью, должны защищаться от внутренней коррозии и от повторного загрязнения деаэрированной воды в баках растворенным кислородом и свободной углекислотой [2].

Защита металла баков от коррозии и воды в них от аэрации осуществляется по двум направлениям:

¦ комбинированным путем с использованием для обеих целей одного и того же материала (герметизирующих жидкостей);

¦ раздельными способами с применением для защиты стенок бака от коррозии лакокрасочных или металлизационных покрытий и для предотвращения аэрации воды в баках плавающих шариков или парогазовых подушек.

Первое направление является наиболее перспективным и широко применяется на практике в отечественной энергетике. Преимуществом использования герметизирующих жидкостей по сравнению с раздельными способами защиты является:

¦ применение единого материала, обеспечивающего одновременно защиту металла баков от коррозии и воды в них от аэрации;

¦ отсутствие необходимости подготовки поверхности металла перед нанесением покрытия на новые баки или баки со сроком эксплуатации 1-2 года;

¦ простая технология нанесения (загрузки) материала;

¦ малое время для создания на стенках баков защитного покрытия;

¦ более низкая стоимость организации комбинированной защиты по сравнению с раздельной защитой;

¦ значительный срок эксплуатации баков без необходимости проведения периодического ремонта покрытия.

Второе направление предусматривает нанесение на предварительно подготовленные стенки баков лакокрасочных или металлических покрытий (путем металлизации). Для защиты от аэрации предусматривается создание на «зеркале» воды изоляционного барьера: газонепроницаемых пленок, поплавковых устройств, плавающих шариков из различных материалов, паровых и азотных подушек. Большинство из этих способов на практике по разным причинам оказались малоэффективными и не предотвращали диффузию О₂ и СО₂ из воздуха в деаэрированную воду. В частности поплавковые устройства не могут обеспечить герметичность из-за громоздкости и сложности их изготовления. Разработанные за рубежом антииспарительные жидкости на основе высших спиртов, растительных масел и органических растворителей, как показали исследования их физико-химических свойств и технологических характеристик, не обладают требуемой водостойкостью, газонепроницаемостью, термостабильностью и не отвечают санитарно-гигиеническим требованиям.

Аэрацию можно также исключить путем создания нулевого парциального давления кислорода над водой в баках, либо за счет образования на поверхности раздела фаз газонепроницаемой пленки. Первый способ заключается в замене воздуха над поверхностью воды водяным паром или инертным газом (например, азотом). Этот способ не получил широкого применения из-за необходимости поддержания избыточного давления (4,9-9,8 кПа) и обязательного использования для этого регулятора давления, предупреждающего образование вакуума или превышение давления. В водогрейных котельных этот способ невозможно реализовать из-за отсутствия пара. Использование азотной подушки также не получило практического применения по экономическим соображениям, т.к. связано с потерей газа.

Комбинированная защита баков от коррозии и воды от аэрации. В настоящее время широко применяются герметики АГ-4И и АГ-4, представляющие собой вязкие подвижные жидкости, изготовленные на основе высокомолекулярных растворов минеральных масел, загущенных добавками каучукоподобных полимеров и анти- окислительных добавок. Герметики обладают низкой удельной плотностью, высокой газонепроницаемостью и создают на поверхности «зеркала» горячей воды постоянно плавающий сплошной слой, защищающий ее от аэрации. Одновременно герметизирующие жидкости создают на стенках баков восстанавливающееся противокоррозионное покрытие. Герметики нерастворимы в воде, не токсичны и предназначены для хранения воды с температурой до 95 ^ОС.

Защита воды в баках от аэрации обеспечивается при толщине слоя герметика 30 мм, что соответствует расходу герметика 30 кг на покрытие 1 м² площади поверхности воды. Для создания защиты внутренней поверхности стенок бака от коррозии необходим слой герметика толщиной 0,15 мм. Расход герметика составляет 0,14 кг на 1 м² защищаемой от коррозии поверхности. При применении герметизирующей жидкости бак должен быть оборудован устройством, исключающим попадание герметика в трубопроводы после бака и в тепловую сеть. Кроме того, бак должен иметь переливное устройство, исключающее сброс герметика в дренаж при переполнении бака. тепловая сеть коррозия кислород

Полная защита днища и стенок бака от коррозии осуществляется при подаче герметика на днище бака с последующим подъемом воды. При низком содержании растворенного кислорода в подпиточной воде (до 30 мкг/кг) герметик может подаваться на уровень воды, расположенный выше нижней кромки устройства, предупреждающего попадание герметика в трубопровод подпиточной воды.

Для оценки эффективности защиты стенок бака от коррозии с помощью герметика на ТЭЦ-7 «Ленэнерго» (ныне филиал «Невский» ОАО «ТГК-1» - прим. ред.) были установлены по высоте бака прямоугольные пластинчатые образцы-индикаторы. После 6000 ч эксплуатации образцы были извлечены из бака, с них удалили пленку герметика и определили по стандартной методике скорость коррозии. На трех испытанных уровнях: в верхней, средней и нижней зонах бака образцы показали отсутствие коррозионных повреждений, скорость коррозии индикаторов была близка к нулевой [3].

Защита воды в резервуарах от аэрации. Перспективным решением для защиты воды в резервуарах от аэрации является применение плавающих материалов. ВТИ были исследованы стандартные полипропиленовые шарики заводского изготовления, шарики из вспенивающегося полистирола и порошковые материалы (кре- зосферы и гидрофобный мел). Испытания полипропиленовых шариков диаметром 40 мм в воде с температурой 60 ^ОС показали, что при стоянии воды в течение 2-3 ч они не могут обеспечить необходимую защиту воды от аэрации, что связано с большим диаметром и малой толщиной слоя шариков. Результаты испытаний крезо- сфер (золы твердого топлива) и гидрофобного мела выявили 100%-ую защиту от повторного насыщения воды кислородом [4]. Решающее влияние на высокую эффективность защиты с помощью креосфер оказывает фракционный состав этих материалов, имеющих размер частиц 1-15 мкм при высоте слоя 25 мм. Однако для возможности применения этих материалов необходимо дополнительное изучение их свойств в условиях длительной эксплуатации.

Для защиты деаэрированной воды в баках- аккумуляторах и емкостях запаса от повторного заражения кислородом из воздуха вместо герметиков или пара может использоваться подвижное покрытие из вспенивающегося полистирола марок: ПСВ, ПСВ-С и ПСВ-П [4]. Первые два материала пригодны для применения в емкостях при закрытой системе теплоснабжения. В открытых системах должен применяться только полистирол ПСВ-П с пониженным содержанием мономера (стирола), допущенный для контакта с водой питьевого качества [5]. Исходный материал выпускается в виде гранул белого цвета с первоначальной плотностью 600 кг/м³ и средним диаметром 1,4 мм. Вспененные шарики нерастворимы в воде и предназначены для использования в воде с температурой до 75 ^ОС. ВТИ провел исследования защитных свойств полистирола марки ПСВ-П-413. Было установлено, что защитный эффект от повторного загрязнения воды кислородом достигается при оптимальном соотношении толщины слоя шариков к их диаметру, равном 32. При диаметре вспененных шариков 2,5 мм толщина их слоя должна составлять 80 мм.

Защита металла резервуаров от коррозии покрытиями. В соответствии с «Методическими указаниями» [2] защиту баков от внутренней коррозии первоначально было рекомендовано выполнять с помощью цинк-силикатной краски В-ЖС-41, представляющей собой суспензию пигментов и наполнителя в водном растворе калиевого жидкого стекла или металлизационного алюминиевого покрытия. Опыт эксплуатации краски показал, что это покрытие не обеспечивает длительной защиты от коррозии. Для эффективной защиты металла необходимо локальное периодическое восстановление покрытия, что представляет большие неудобства, связанные с обнаружением дефектных участков и подготовкой поверхности под повторное нанесение покрытия. Кроме того, производство этой краски было прекращено. В дальнейшем вместо этого покрытия была рекомендована новая цинк-силикатная композиция «Барьер 1 П» на основе водного раствора высокомодульного жидкого натриевого стекла, обладающего более высокими защитными свойствами при меньшей толщине покрытия для эксплуатации при температуре воды до 100 ^ОС.

Другим примером противокоррозионного покрытия является полиуретановая эмаль зарубежного производства «Хемопур Э» U 2081, которая допускается для контакта с питьевой водой. Расход покрытия (два слоя грунта и два слоя эмали) составляет 0,52 кг/м² поверхности. Толщина покрытия - 30-35 мкм. Специальной подготовки поверхности (особенно для новых баков) не требуется и необходимо только обезжиривание. Опыт эксплуатации этого покрытия в баках-аккумуляторах ТЭЦ г. Пскова в течение нескольких лет показал положительные результаты.

На большом количестве объектов стран СНГ внедрено покрытие, представляющее собой цинкнаполненную композицию марки ЦВЭС [6]. Это покрытие обеспечивает хорошую антикоррозионную защиту при толщине нескольких слоев 120-150 мкм только при наличии над баком паровой подушки. В случае отсутствия защиты баков от аэрации стойкость покрытия ухудшается, появляются пузыри и отслоения, что требует ежегодного осмотра состояния покрытия в баках и его восстановления. Это значительно снижает эксплуатационную надежность покрытия.

Также в качестве защитных покрытий могут применяться воднодисперсионные двухкомпонентные эпоксидные краски. Они изготовлены на основе эпоксидной смолы ЭД-20 и низкотоксичных сложных аминных отвердителей. Эти краски допущены для покрытия резервуаров питьевой воды и успешно прошли испытания в качестве защитных покрытий резервуаров. Расход краски достаточно низкий - 0,15-0,35 кг/м².

Из других типов антикоррозионных покрытий для баков-аккумуляторов ранее применялось алюминиевое покрытие. Однако опыт эксплуатации баков с металлизационным алюминиевым покрытием показал его невысокую коррозионную стойкость, что связано с пористостью покрытия. В связи с этим металлизационное алюминиевое покрытие было рекомендовано применять в качестве временного решения для защиты баков с температурой воды до 90 ^ОС и при условии создания в баках паровой подушки. В настоящее время единственным коррозионно-стойким металлизационным покрытием, наносимым методом электродугового напыления, является покрытие из нержавеющей стали толщиной 150-200 мкм. Ожидаемый безремонтный срок службы покрытия - 15 лет.

Исходя из опыта защиты от внутренней коррозии резервуаров горячей воды на ТЭЦ, котельных и в системах теплоснабжения, для баков малой емкости (до 630 м³) рекомендуются преимущественно лакокрасочные покрытия. В этих баках защиту воды от повторного загрязнения кислородом следует осуществлять с помощью паровой подушки или плавающих покрытий. Для резервуаров большей емкости, устанавливаемых на ТЭЦ, целесообразно применять герметизирующие жидкости, обеспечивающие комбинированную защиту металла от коррозии и воды от аэрации. Преимущества герметизирующих жидкостей для защиты вновь вводимых стальных резервуаров большой емкости связаны прежде всего с отсутствием необходимости дорогостоящей и длительной подготовки поверхности перед нанесением покрытий. Кроме того, отпадает необходимость дополнительных способов защиты деаэрированной воды от аэрации, что также дает существенную экономию средств. Преимуществом герметизирующих жидкостей является, как показывает многолетний опыт эксплуатации, длительный срок их работы, превосходящий, как правило, гарантийный срок (три года). Большинство лакокрасочных и металлизационных покрытий требует периодического восстановления нарушений их сплошности, связанных, в первую очередь, с недостаточно качественной подготовкой поверхности перед нанесением покрытия. При использовании герметизирующих жидкостей возникновение локальных повреждений металла исключается, что существенно повышает надежность эксплуатации в течение всего гарантированного срока эффективной работы герметика. Это позволяет проводить внутренний осмотр баков один раз в три года, совмещая его с инструментальным обследованием и осмотром вертикальных швов нижних поясов и швов приварки нижнего пояса к днищу. Осмотр состояния лакокрасочных и других покрытий баков вследствие возможного нарушения их сплошности должен проводиться ежегодно с выявлением мест отслоения покрытия, трещин и пятен ржавчины. Указанные дефекты покрытий удаляются механическим путем. На участках поверхности баков, имеющих дефекты покрытия, должно производиться определение коррозионного износа металла.

Литература

1. Балабан·-Ирменин Ю.В., Фокина Н.Г. Снижение кислородной коррозии в сетевой воде трубопроводов теплосети после ремонта // Энергетик. 2004. № 1. С. 31-32.

2. Методические указания по защите баков-аккумуляторов от коррозии и воды в них от аэрации. МУ 34-70-155-86. М.: СПО Союзтехэнерго, 1987.

3. Лапотышкина Н.П., Сазонов Р.П. Водоподготовка и воднохимический режим тепловых сетей. М.: Энергоиздат, 1982.

4. Сазонов Р.П., Финаева В.В. Новые материалы для защиты воды от аэрации в баках-аккумуляторах и емкостях запаса // Практика противокоррозионной защиты («Кар- тэк»). 1996. № 2. С. 26-33.

5. Перечень материалов, реагентов и малогабаритных очистных устройств, разрешенных Государственным комитетом санитарно-эпидемиологического надзора для применения в практике хозяйственного водопользования. 1992.

6. Юркина Л.П., Балеевских О.Н. Способ защиты от коррозии резервуарного оборудования в системах горячего водоснабжения // Практика противокоррозионной защиты («Картэк»). 1998. № 2. С. 43-50.

Размещено на Allbest.ru