ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

ВОДО ПОД ГОТОВКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ Я МЕСТНЫХ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Подготовка подпиточной воды для тепловых сетей производится обычно в источниках тепла путем умягчения исходной водопроводной или природной (поверхностной, артезианской) воды в Na- и Н-катио - нитовых фильтрах и ее дегазации в атмосферных или вакуумных де­аэраторах. Кроме того, при высокой жесткости исходной воды приме­няют иногда предварительную щелочную обработку, а при значитель­ном остаточном содержании агрессивных газов в подпиточной воде и подсосах воздуха в систему — последующую обработку воды силика­том или сульфитом натрия. Термическая стабилизация и магнитная обработка воды используются в настоящее время только в отдельных
случаях соответственно при мягкой воде С Жв<СІ мг-экв/л и в небольших системах теплоснабжения.

При использовании природной воды при необходимости ее предва­рительно обрабатывают, т. е. осветляют, обезжелезивают, а в систе­мах с непосредственным водоразбором, кроме того, и обеззараживают б соответствии с санитарными нормами.

Подготовка подпиточной воды в источниках тепла излагается по­дробно в курсе котельных установок, поэтому ниже кратко рассмотре­ны только принципы и схемы основных способов водоподготовки для тепловых сетей.

Умягчение воды в катионитовых фильтрах используется для систем с непосредственным водоразбором при карбонатной жесткости исход­ной воды до 2 мг-экв/л; для закрытых систем—до 5 мг-экв/л или при / совместной работе водогрейных котлов и пароводяных подогревате­лей с латунными трубками — до 3,5 мг-экв/л. При этом обычно при­меняется и деаэрация исходной воды. На рис. 14.1 представлена прин­ципиальная схема установки.

Исходная природная вода, осветленная и обеззараженная, или во­да из водопровода пропускается через катионитовый фильтр 1 (суль - фоуголь, катионит КУ-2 или др.), где вследствие химических реакций происходит поглощение ионов Са и Mg. При этом из катионита выде­ляются ионы Na или Н, которые переходят в воду и образуют хорошо растворимые и не дающие накипи соли натрия или серную, соляную и угольную кислоту. В зависимости от типа обменивающегося иона и называют Na - и Н-катионирование. Затем вода проходит декарбони - затор 2, где удаляется СОг, и собирается в баке умягченной воды 3. Из бака вода - подается насосами 4 в деаэратор 8 с предварительным подогревом для интенсификации дегазации в охладителе деаэриро­ванной воды 5, в охладителе выпара 6 и пароводяном подогревателе 7. В деаэраторе происходит удаление агрессивных газов из подпиточ­ной воды в результате продувки (вентиляции) его паром, который имеет более низкое парциальное давление этих газов. Деаэрирован­ная вода собирается в баке, установленном под деаэратором, откуда подается в тепловую сеть с помощью подпиточных насосов 9 или в бак-аккумулятор 10. Последний устанавливается обычно только в от­крытых системах теплоснабжения для уменьшения мощности водо - подготовительных установок.

При работе происходит постепенное насыщение фильтра каль­цием и магнием и снижение его очищающей способности. Поэто­му его периодически промывают: при Na-катионировании — раство­ром поваренной соли (NaCl), при Н-катионировании — серной кисло­той (H2SO4). При этом происходят обратные процессы: кальций и маг­ний переходят в промывающий раствор и сбрасываются в канализацию, a Na и Н входят в состав катионита, восстанавливая erQ свойства.

Химические реакции для ионов Са протекают по следующим фор­мулам:

При Na-катионировании воды:

Na2R + Ca (НС03)а = CaR - f 2 NaHC03; Na3 + CaS04 = CaR + Na3 S04; при регенерации катионита поваренной солью CaR + 2 NaCl = Na2 R + CaCl2;

При Н-катионировании воды:

H2 R = Са (HC03)2 = CaR - f 2 Н20 + 2 С02; На R + CaS04 = CaR + Н2 S04;

На R + СаС12 = CaR + 2 НС1; при регенерации катионита серной кислотой CaR + Н2 S04 = Н2 R + CaS04.

Аналогично протекают реакции и для ионов Mg.

При та-катионировании происходит увеличение щелочности, при ' Н-катионировании — кислотности воды. Поэтому в умягченную воду добавляют соответственно серную кислоту и едкий натрий или при­меняют совместное Н-, Na-катионирование. Остаточная карбонатная жесткость воды после катионитовых фильтров обычно составляет 0,2—0,5 мг-экв/кг, а остаточное содержание кислорода после деаэра­торов — 0,05 мг/кг.

Удаление агрессивных газов из воды методом деаэрации основывается на зави­симости содержания газов в воде от давления газов над водой и температуры воды Эта зависимость вытекает из закона Генри, в соответствии с которым при равновесном состоянии концентрация (содержание) растворенного газа в жидкости Gf, мг/л,

Прямо пропорциональна парциальному давлению данного газа над жидкостью и коэффициенту его растворимости в жидкости:

Где pf — парциальное давление данного газа, Па, —коэффициент массовой растворимости данного газа, мг/(л-Па).

Коэффициент растворимости я|э4р зависит от температуры жидкости, чем выше температура, тем меньше я|э4р.

При изменении давления газа рг или температуры воды (т. е значения нарушается существовавшее равновесное состояние и начинает происходить десорбция (выделение) газа из воды или абсорбция (поглощение) газа водой, пока не наступит другое равновесное состояние, соответствующее новым значениям рг и я|эг Следова­тельно, содержание газа в воде можно менять путем изменения давления данного газа над водой или температуры воды. В частности, удаление газов из воды будет происходить при снижении их давления над водой и повышении температуры воды В термических деаэраторах используются оба отмеченных фактора. Уменьшение давления агрессивных газов внутри деаэратора достигается вследствие постоянного их удаления продувкой (вентиляцией) деаэратора паром, имеющим более низкие парциальные давления данных газов. Разность между парциальным давлением газа, которое наблюдалось бы в равновесном состоянии при исходной концен­трации газов в воде, и действительным парциальным давлением газа в парогазовом пространстве деаэратора, образующимся при продувке паром, Apt = Pf— pt и яв­ляется движущей силой термической деарации Чем больше разность А рг, тем более интенсивно идет процесс дегазации и тем меньше агрессивных газов остается в об­работанной воде Так как содержание газов в паре, подаваемом для продувки, явля­ется неизменным, то повышение Арг может быть достигнуто за счет увеличения ко­личества (скорости) пара и соответственно выпара из деаэратора

Количество удаляемого из воды газа в единицу времен^ может быть определено по уравнению. і

Gi = SЈAPlF,

Где 5г—коэффициент десорбции газа из воды; Дрг — средняя разность парциальных давлений газа в равновесном состоянии и в парогазовом пространстве деаэратора. F — площадь поверхности контакта обрабатываемой воды с паром

Коэффициент десорбции St зависит от температуры воды: чем выше температура, тем меньше коэффициент растворимости газа я|эг, а также вязкость и сила поверхно­стного натяжения воды и тем больше S%. Температура воды может быть повышена как при внешнем предварительном подогреве ее в теплообменниках (см. рис. il4.1)„ так и при внутреннем при смешивании воды с паром. Если внешний предварительный подогрев воды производится при температуре выше температуры испарения в деаэ­раторе, то веитиляция колонны производится за счет образующегося пара. Такие ап­параты называют деаэраторами перегретой воды. При применении одновременно внешнего и внутреннего подогрева воды или только внутреннего деаэраторы назы­ваются смешивающего типа. Максимально возможная температура подогрева зависит от давления в деаэраторе, поэтому при необходимости глубокой дегазации воды применяют деаэраторы с повышенным давлением (до 0,7 МПа). Для подготовки- подпиточной воды тепловых сетей не требуется глубокая дегазация воды, вследствие чего в основном используются атмосферные (давление до 0,12 МПа) и вакуумные (давление 0,05—0',07 МПа) деаэраторы.

Для увеличения площади поверхности контакта F в деаэраторах предусматри­вают специальное распределение или потоков воды в паровой среде, или пара внутри- потока жидкости Первый способ реализуется в струйно-капельных, пленочных и насадочных аппаратах; второй —в барботажных аппаратах. В последнем случае величина F на единицу объема аппарата получается в несколько раз большей Если используется один из указанных способов, то деаэратор называют одноступенчатым» если оба способа одновременно, то двухступенчатым.,

При щелочной обработке воды известью или одновременно известью* и содой происходит связывание свободной углекислоты и образование труднорастворимых солей кальция и магния, выделяющихся в виде твердой фазы. Последние осаждают в отстойниках и затем удаляют. Так, при известковании протекают следующие реакции:

Са (ОН)2 + С02 = СаСОз + Н20;

М£? (HC03h + 2Ca (OH)2=Mg (ОН)2 + 2 СаС03 + 2 Н20.

Вследствие связывания С02 происходят увеличение рН воды и распад бикарбоната кальция по уравнению (14.1) с образованием СаСОз. В виде твердой фазы выделяются СаС03 и Mg(OH)2. При этом карбо­натная жесткость воды снижается до 0,5—1 мг-экв/кг.

При обработке воды силикатом натрия (силикатировании) происхо­дит связывание С02 по уравнению

Na20-3 Si02 + 2 С02 + Н20 = 2 NaHC03 + 3 SiO?.

В результате этой реакции уменьшается углекислотная коррозия и происходит увеличение рН воды. Кроме того, уменьшается и кислород­ная коррозия, так как окись силиция Si02 (жидкое стекло) образует на поверхности трубопроводов плотную защитную пленку, которая изолирует металл от контакта с водой. Отмеченные обстоятельства, а также безвредность и недефицитность исходного материала явились причиной широкого использования этого метода в системах с непосред­ственным водоразбором.

При обработке воды сульфитом натрия (сульфитировании) проис­ходит связывание кислорода по уравнению:

2 Na3 S03 -h 02 = 2 Na2 S04.

В результате снижается содержание кислорода в воде, вследствие чего уменьшается кислородная коррозия трубопроводов и увеличива­ется содержание сульфата натрия в воде. Последний является более безопасным в отношении коррозии трубопроводов.

Метод сульфитирования применяется в настоящее время только в закрытых системах, в основном для устранения коррозии, возникаю­щей при подсосах воздуха через неплотности из-за неустойчивого гидравлического режима. В открытых системах сульфит натрия не применяется, так как это может привести к увеличению сульфатов в. воде выше допустимой по санитарно-гигиеническим нормам концент­рации для питьевой воды. К недостаткам метода также относятся: большие расходы реагента (на 1 г 02 примерно 8 кг Na2>S03) и необ­ходимость предварительного подогрева воды до 75—80°С (для про­текания реакции).

Химические реагенты для обработки воды могут применяться как
в твердом (кусковые и гранулированные), так и в жидком (растворы различной концентрации) виде. В первом случае вода пропускается через слой реагента, во втором — раствор реагента вводится в воду. На рис. 14.2 показаны принципиальные схемы обработки воды тверды­ми и жидкими химическими реагентами. Доза вводимых в воду реа­гентов, используемых в твердом виде, регулируется количеством во­ды, пропускаемым через фильтр и по обводной линии; используемых в жидком виде, — количеством и концентрацией раствора, вводимого в воду.

Магнитная обработка воды, в соответствии со СНиП 11-35-76 «Ко­тельные установки», может предусматриваться при исходной воде с карбонатной жесткостью до 9 мг-экв/л, содержанием железа до 3 мг/л и при подогреве воды не выше 95°С. Вода с такой температурой при­меняется в настоящее время только в небольших системах тепло­снабжения и для горячего водоснабжения.

. Принципиальная схема установки магнитной обработки воды, раз­работанная ГПИ Сантехпроект[36], показана на рис: 14.3. Подпиточ - ная вода пропускается через магнитное силовое поле в противонаки - пном магнитном устройстве (ПМУ) и поступает в тепловую сеть. При этом растворенные в воде соли изменяют свою структуру и образуют высокодисперсную взвесь, не осаждающуюся на поверхности метал­ла. Эта взвесь может быть выделена в виде осадка и удалена через шламоотделители.

Во избежание потери сетевой водой магнитных свойств в схеме предусматривается специальный антирелаксационный контур, через который пропускается до 25% циркулирующей в системе воды. Анти­релаксационный контур подсоединяется в местах с максимальным и минимальным давлением сетевой воды, т. е. в местах нагнетания и всасывания сетевого насоса, и состоит из дополнительного ПМУ для омагничивания сетевой воды и сепаратного шламоотделителя для осаждения и удаления взвешенных веществ.

Качество умягчения воды при магнитной обработке зависит в ос­новном от напряженности магнитного силового поля, скорости движе­ния воды нерез магнитные аппараты и исходного состава воды. Аппа­раты могут строиться как с постоянными магнитами, так и с электро­магнитами.

При использовании для горячего водоснабжения воды непосредст­венно из водопровода, что наблюдается обычно в закрытых системах теплоснабжения, возникает Опасность внутренней коррозии и зашлам - ления местных установок горячего водоснабжения. Внутренняя кор­розия, как указывалось в § 70, происходит при наличии растворенно­го кислорода и агрессивной водопроводной воды с /<С0 и RC1 + R3S04> >50 мг/л; зашламление и интенсивное накипеобразование—воды с жесткостью Жк>4 мг-экв/л, />0 и RC1 + R2S04<50 мг/'л. В отме­ченных случаях необходимо предусматривать соответственно противо­коррозионную и противонакипную защиту местных систем горячего водоснабжения. Одним из основных путей такой защиты в настоящее время является местная децентрализованная обработка водопровод - яой воды в ЦТП и МТП.

Рис. 14.2 Принципиальные схемы обра­ботки воды твердыми (а) и жидкими (б) химическими реагентами

1 — фильтр-дозатор гранулированных реагентов;

2 —диафрагма; 3 — промывочный край; 4 — подо­греватель; 5 — бак с жидким реагентом; 6 — ре­гулировочный клапан; 7 — смеситель

Рис 14 3 Принципиальная схема магнитной обработки воды

І — ПМУ для подпиточной воды, 2 — сетевой насос, 3 — шламоот - делигель^ 4— ПМУ для сетевой воды, 5 — подогреватель; а — во­допроводная вода б н в — обратная и подающая сетевая вода

Следует отметить, что децентрализованная обработка воды связа­на, как правило, с повышением капитальных и эксплуатационных за­трат, поэтому целесообразность ее применения и выбор конкретного метода обработки должны обосновываться технико-экономическими расчетами с учетом как технических, так и санитарно-гигиенических требований. Конкурирующими вариантами могут являться: противо­коррозионная и противонакипная централизованная обработка ис­ходной воды на водоочистных станциях (например, стабилизация водо­проводной воды); применение специальных защитных покрытий (на­пример, оцинкованных и эмалированных труб) и материалов, устойчи­вых против коррозии, и др.

Методы и средства противокоррозионной и противонакипной защи­ты местных систем горячего водоснабжения выбираются в зависимо­сти от качества воды, коррозионной стойкости элементов систем го­рячего водоснабжения, возможности и доступности их ремонта и др. Обычно они более простые, чем централизованные установки для умягчения и деаэрации подпиточной воды тепловых сетей, так как температура воды, подаваемой на горячее водоснабжение, меньше температуры сетевой воды, и, следовательно, интенсивность внутрен­ней коррозии и накипеобразования ниже.

Для противокоррозионной децентрализованной обработки воды могут применяться следующие методы: вакуумная и естественная деаэ­рация, обработка воды силикатом натрия (силикатирование) и обра­ботка воды в магномассовых и сталестружчатых фильтрах; для про­тивонакипной — магнитная обработка воды.

Вакуумная деаэрация, силикатирование и магнитная обработка воды относятся к основным методам и выполняются дримерно так же, как и в источниках тепла.

При естественной деаэрации удаление агрессивных газов происхо­дит вследствие уменьшения коэффициента растворимости газов в во­де при увеличении температуры и уменьшении давления воды. По­этому, если холодную воду нагреть и подать в открытый резервуар (расширитель), сообщающийся с атмосферой, то агрессивные газы 'будут удаляться из воды, пока не установится другое равновесное состояние, соответствующее новому коэффициенту растворимости га­зов в воде. Например, при нагреве воды до 60°С при атмосферном давлении содержание кислорода в воде может быть снижено на 55%, а углекислоты — на 78%. При уменьшении С02 в воде нару­шается также - условие равновесия ее с бикарбонатами, что вызывает разложение бикарбонатов и образование защитной пленки СаСОз.

Принципиальная схема установки для естественной деаэрации воды ■приведена на рис. 14.4. Холодная водопроводная вода нагревается в теп­лообменнике горячего водоснабжения сетевой водой и поступает в от­крытый резервуар, в котором происходит удаление агрессивных га­зов. Из резервуара деаэрированная горячая вода подается потребите­лям. Резервуары могут использоваться в качестве баков-аккумулято­ров для выравнивания неравномерностей суточного графика горячего водоснабжения.

Естественная деаэрация при температурах воды 60°С позволяет снизить концентрацию кислорода в воде примерно до 4,5 мг/л, поэто-

Рис 14 4 Принципиальная схема установки для есте­ственной деаэрации воды

1 — холодная водопроводная вода; 2—горячая деаэрированная вода; 3 — греющая сетевая вода; 4 — обратная вода; Р —-рас­ширитель, Н — насос, Т — теплообменник, РТ — регулятор тем­пературы, РУ — регулятор уровня

Му применение ее эффективно для воды с большим начальным содер­жанием кислорода (10—14 мг/л) и относительно небольшой агрессив­ностью (/<—0,5 и RC1 +R2S04<50 мг/л).

Обработка воды в магномассовых и сталестружчатых фильтрах про­изводится путем пропускания воды через слой соответственно грану­лированной магномассы (доломита) и металлических стружек, по схе­ме, показанной на рис 14 2,а Устанавливаются фильтры, как прави­ло, в ЦТП, так как для нормальной их работы требуются периодиче­ская промывка, рыхление и перезарядка, которые трудно организо­вать в МТП.

В магномассовых фильтрах происходит связывание растворенной в воде углекислоты, вследствие чего снижается коррозионная агрессив­ность воды, а также происходит разложение бикарбонатов и образо­вание защитной пленки из СаС03. Такие фильтры применяются при небольшой концентрации кислорода в воде и RC1+R2S04<;50 мг/л.

В сталестружчатых фильтрах поглощение растворенного в воде кислорода происходит в результате окисления металла стружек При этом увеличивается содержание железа в воде, поэтому после ста­лестружчатых фильтров иногда требуется устанавливать очиститель­ные кварцевые фильтры для улавливания хлопьев ржавчины Вследст­вие отмеченного, а также громоздкости фильтров, большой трудоем­кости их обслуживания (при перезарядке) и необходимости расхо­дования металла в настоящее время они не нашли широкого приме­нения.