17.01.2007

Совершенствование и модернизация существующих систем теплоснабжения являются необходимыми условиями на пути снижения затрат в процессах управления тепловой энергией.
Важнейшими из задач, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, являются:

• обеспечениезащиты внутренних поверхностей проточной части котлов, теплообменников, и другого отопительного оборудования от отложений накипи, ухудшающей процесс теплопередачи;
• удаление шлама, продуктов коррозии и ранее образовавшихся отложений из систем теплоснабжения;
• предотвращение аварий из-за «обрастания» или «зашламовывания» котлов, теплообменников, отопительных приборов, теплопроводов, насосов, счетчиков тепла и другого рабочего и контрольно-измерительного оборудования;
• уменьшение количества химических промывок и продление ресурса котлов, теплообменников и другого оборудования;
• снижение затрат на проведение регламентных работ;

Основное условие по совершенствованию и модернизации тепловых систем – это улучшение качества циркуляционной воды и ограничение процессов коррозии.

Вопросам обеспечения качества воды в настоящее время уделяется большое внимание. Требования к системам водоподготовки регламентированы Санитарными нормами и правилами. Примерные требования к качеству циркуляционной воды в некоторых европейских странах приведены в таблице1.

Таблица 1

Показатель	ПОЛЬША	ГЕРМАНИЯ	ДАНИЯ	РОССИЯ	УКРАИНА
Внешний вид	-	прозрачная	прозрачная	-	-
Запах	-	без запаха	без запаха	-	-
Содержание кислорода [мг/л]	≤ 0,05	< 0,01	-	0,05	0,05
Содержание железа [мг/л]	≤ 0,1	< 0,03	≤ 0,1	0,3	0,5
Взвеш. вещ. [мг/л]	≤ 5	чистая, без осадка	чистая, без осадка	5,0	5,0
Прозрачность [см]	-	-	прозрачная	40	30
Цветность [град.]	-	-	бесцветная	20	20

Однако, не смотря на привлечение больших инвестиций, значительные эксплуатационные затраты, участие факторов энергетической химии, достичь желаемого результата часто не представляется возможным. В системах, отличающихся высоким уровнем модернизации технологии водоподготовки, также возникают серьезные затруднения в достижении требуемых нормативных значений,которые характеризуются следующими показателями:

• уровнем общего содержания железа,
• уровнем общего содержания взвешенных веществ,
• цветности воды.

«Научно-производственная фирма «РАСКО» (г. Москва) и Научно-исследовательский центр «СПАВ-ТЕСТ» (г. Гданьск, Польша) предлагают альтернативный метод улучшения качества сетевой воды систем теплоснабжения.

Рекомендуемый метод заключается в том, что вполне достаточно оборудовать существующую систему теплоснабжения магнитными шламоотводителями OISm и MOS (МШО), обеспечивающими возможность устранения как причин, так и последствий плохого качества циркуляционной воды. Достоинство метода в его эффективности, низкой стоимости, отсутствии негативного влияния на экологию (без участия факторов энергетической химии), возможности модернизации без коренного изменения технологии (необходима только корректировка некоторых параметров системы).

В оборудованной таким образом системе достижение высокого качества циркуляционной воды возможно независимо от текущего состояния процесса подготовки подпиточной воды и при отсутствии необходимости обеспечения требуемой химической корректировки противоосадочных и антикорозийных свойств.

Магнитный шламоотводитель состоит из цилиндрического корпуса, оборудованного входным и выходным патрубками, съемного профилированного вкладыша, размещенного внутри корпуса, и сетчатого фильтра. Профилированный вкладыш имеет перегородки, определяющие направление и скорость прохождения циркуляционной воды. На перегородках расположены в установленном порядке постоянные магниты. Отверстие выходного патрубка перекрыто изнутри сетчатым фильтром. Все элементы МШО выполнены с учетом обеспечения легкости демонтажа с целью нетрудоемкой и тщательной их очистки.

В процессе работы последовательно реализуются три принципа очистки сетевой воды:

• седиментационный,
• магнитный,
• фильтрационный.

При прохождении через аппарат поток «зашламованной» сетевой воды (суспензии) поступает в лабиринт, организованный специальными перегородками и постоянными магнитами. За счет снижения скорости воды в несколько раз самые крупные частицы загрязнений оседают под действием силы тяжести в нижнюю часть корпуса - шламовую камеру, расположенную под сетчатым дном. Более мелкие частицы, обладающие парамагнитными свойствами, улавливаются магнитами, образуя на них агломераты. Внутри корпуса МШО, перед выходным патрубком располагается сетчатый фильтр с большой фильтрационной площадью, задачей которого является задержание содержащихся в сетевой воде минеральных и органических частиц и защита от попадания в систему ранее задержанных парамагнитных агломератов.

Главное достоинство МШО заключается в способности к улавливанию магнитным полем загрязнений в виде частиц размером от 0,5 микрон и более без участия фильтрующей сетки. В итоге ограничивается возможность закупоривания сеточного фильтра и тем самым уменьшается динамика роста гидравлического сопротивления потока циркуляционной воды.

Благодаря магнитной обработке сетевой воды происходит значительный рост центров кристаллизации солей кальция и других, содержащихся в воде, минеральных компонентов. При этом кристаллизация происходит не на стенках теплообменников, труб и других контактирующих с водой деталей, а в потоке воды. Образующийся шлам выносится потоком из зоны теплообмена и затем оседает в шламоотводителе.

Защита от коррозии и удаление с поверхности металла ранее образовавшихся отложений связаны главным образом с выпадением магнетита в результате процессов кислородной коррозии металла и образовании оксидной защитной пленки.

Магнитные шламоотводители OISm и MOS полностью безопасны в экологическом отношении, так как для очистки и обработки сетевой воды они не требуют применения химических реагентов и обеспечения питания каким-либо видом энергии.

Рекомендуемый нами метод обеспечивает возможность высокоэффективного повы-шения качества циркуляционной воды в высокопараметрическом и низкопараметрическом контуре системы центрального отопления и горячего водоснабжения как закрытого, так и открытого типа. Они устанавливаются на обратных вводах котлов и прямых вводах теплообменников высокопараметрического контура и обратных вводах теплообменников низкопараметрического контура.

В настоящее время магнитные шламоотводители MOS и OISm установлены и эффективно работают в различных регионах России. Большой опыт накоплен на предприятиях Санкт-Петербурга и Северо-Западного региона.

Оценка эффективности применения МШО и повышения качества сетевой воды производились на основании так называемого качественного и количественного эффектов [1].

Качественным эффектом считается состояние теплонапряженных поверхностей всех элементов, работающих в условиях разрушающего воздействия циркуляционной воды. Необходимо стремиться к обеспечению наиболее эффективного теплообмена через металлические стенки оборудования, и поэтому вода, являющаяся главным теплоносителем, должна быть в контакте непосредственно с чистым металлом, на поверхности которого не должны находиться какие-либо отложения в виде накипи и продуктов коррозии.

Под количественном эффектом понимаются значения показателей уровня общего содержания железа, взвешенных веществ и цветности воды, соответствующих представленным в таблице 1 показателям. Относится это главным образом к эффекту, связанному с сохранением свойственных циркуляционной воде уровней концентрации железа и взвешенных веществ в виде мелких частиц коррозийного происхождения.

В качестве примера рассмотрим результаты модернизации некоторых систем теплоснабжения, которые были получены на объектах, отличающихся между собой как уровнем совершенствования, так и исходным состоянием в отношении качества сетевой воды и технологии подготовки воды подпитки.

Модернизация систем теплоснабжения г.Колпино и ОАО «Ижорские заводы в Санкт-Петербурге.

Схема тепловой сети представляет собой классическую систему теплоснабжения в двухтрубном исполнении. Диаметры подающих и обратных трубопроводов – от 500 до 800 мм. Общий расход воды от 2000 м³/ч до 6000 м³/ч. Характеристика качества сетевой воды, поступавшей в город за период 1996-2000 гг., не удовлетворяла требованиям санитарных норм. Источники тепла - котлы ПТВМ-50 и КВГМ-100, нуждались в ежегодной химической промывке теплообменных поверхностей «трубных досок котлов» от образовавшихся отложений.

После оснащения системы теплоснабжения магнитными шламоотводителями MOS 800/400 суммарной производительностью 11040 м³/ч, отмечается качественный эффект в виде снижения интенсивности процессов накипеобразования и уменьшения удельного количества отложений с 200 г/м² до 25 г/м² в год и количественный эффект в виде снижения содержание железа до 0,18 мг/л (60% норматива) и цветности до16 град. (80% норматива), что практически означает совпадение значений этих показателей со значениями для воды подпитки.

Впервые, в период отопительных сезонов 2000/2001 и 2001/2002, не произошел рост полного гидравлического сопротивления котлов, что явилось следствием кардинального ограничения процессов накипеобразования на внутренних поверхностях трубопроводов и повышения качества сетевой воды.

Модернизация котельной и системы теплоснабжения ОАО «ОЛКОН » (г. Оленегорск, Мурманская область).

Рассматриваемая система теплоснабжения представляет собой систему с циркуляцией воды 2000 м³/ч для городской зоны и 850 м³/ч для промышленной зоны. К моменту начала модернизации значения показателей качества воды были на много выше нормативных требований. Содержание железа в сетевой воде составляло от 2,5 мг/л до 8,1 мг/л, т.е. было более чем в 15 раз выше нормативного. Цветность достигала 200 град. и не снижалась ниже уровня 120 град., что означало превышение нормы более, чем в 5,5 раз.

В ходе модернизации были установлены 2 МШО типа MOS 800/400 на обратных трубопроводах городской зоны и один MOS 800/400 - промышленной зоны.

В результате содержание железа в сетевой воде снизилось и удерживалось на уровне нормативного значения 0,3 мг/л (вода подпитки – в среднем 0,17 мг/л), цветность – на уровне незначительно выше нормативного – 29 град. (вода подпитки – в среднем 22 град.). Получен качественный эффект в виде существенного сокращения объема ремонтных работ по теплообменному оборудованию. Перед оснащением системы МШО, очистке подвергались каждый год обязательно все восемь подогревателей циркуляционной воды. Начиная с отопительного сезона 2001-2002 г.г. ни один из восьми подогревателей в oчистке не нуждался. В результате произведенного обследования установлено, что трубки пучков подогревателей сетевой воды практически чистые, а наличие шлама отмечается менее чем в 1% трубок.

Отмечено изменение цвета стенок МШО, что свидетельствует о росте содержания магнетита, как конечного продукта происходящих окислительных реакций. Это является характерным качественным эффектом, подтверждающим ограничение процессов коррозии вследствие применения в системах теплоснабжения магнитных шламоотводителей типа OISm и MOS.

Модернизация «Коломяжской котельной», г. Санкт-Петербург.

Установленная мощность котельной 750 Гкал. Основной целью модернизации было снижение гидравлического сопротивления котлоагрегатов, в частности, защита от так называемых «заносов» в начале отопительного сезона продуктами коррозии, которые накапливаются в большом количестве во внутренних системах отопления зданий и сооружений в течение 5-6 месяцев межотопительного периода. Все это приводило к росту гидравлического сопротивления котлов и необходимости частых промывок.

В 2004 г. было установлено четыре магнитных шламоотводителя MOS 1200/600 на обратном трубопроводе перед сетевыми насосами котлoагрегатов КВГМ-180 суммарной производительностью по очистке воды 4 х 2000 м³/ч = 8000 м³/ч. Из графика, приведенного на рис.8, видно, что после установки МШО в отопительном сезоне 2004-2005 г.г. гидравлическое сопротивление котла КВГМ-180 стабилизировалось и дальнейших тенденций к росту не наблюдалось.

Кроме того магнитные шламоотводители MOS установлены и успешно эксплуатируются на 2-й Красногвардейской котельной (мощность 120Гкал, параллельно два MOS 800/400 суммарной производительностью 2300 м³/ч, на обратном трубопроводе котлоагрегата ПТВМ-50М), Приморской котельной (мощность 550Гкал, параллельно три MOS 800/400 суммарной производительностью 3450 м³/ч, на обратном трубопроводе перед подогревателем сетевой воды), ЦТП Латышских стрелков (MOS 500/250 производительностью 400 м³/ч на 1-м и 2-м контурах перед пластинчатым теплообменником) ГУП ТЭК Санкт-Петербурга.

Следует отметить, что МШО устанавливаются не только в циркуляционных контурах систем теплоснабжения на обратных трубопроводах котельных, но и на вводах ЦТП, ИТП, узлов учета тепла с целью защиты от отложений и коррозии теплообменников, насосов, датчиков, контрольно-измерительной аппаратуры, тепловых сетей и внутренней инженерной разводки жилых зданий и сооружений.

Выводы:

• Предложен эффективный метод повышения качества сетевой воды и снижения интенсивности процессов коррозии в существующих системах теплоснабжения, наиболее полно отвечающий требованиям проектировщиков и конечных потребителей.
• Эффективность метода подтверждена опытом многолетней эксплуатации в нашей стране на ряде предприятий Санкт-Петербурга и Северо-Западного региона России.
• Предлагаемый метод с успехом может быть принят в качестве основного при модернизации действующих и создании новых систем теплоснабжения и распространен на другие регионы. 

Литература.

1. Е.Л.Апарин, к.т.н., Ю.К. Корольский, В.Деделис. Внедрение магнитных шламоотводителей – метод повышения энергоэффективности систем теплоснабжения//Энергосбережение.2006. №4.