Показатели ПДК (нормы) химического состава воды

Нормы органолептических показателей воды

Запах при 20 °С и подогревании воды до 60 °С, баллы,

не более 2

Привкус при 20 °С, баллы, не более 2

Мутность (по каолину), мг/дм³, не более 1,5 (2)

ЕМФ (единицы мутности по формазину) 2,6 (3,5)

Примечание. Величина, указанная в скобках может быть установлена по постановлению главного санитарного врача.

Бериллий Ве²⁺, мг/дм³ 0,0002

Молибден Мо²⁺, мг/дм³ 0,25

Нитраты по N, мг/дм³ 3,0

Мышьяк As^{3+; 5+}, мг/дм³ 0,05

Полиакриламид, мг/дм³ 2,0

Свинец Pb²⁺, мг/дм³ 0,03

Селен Se⁶, мг/дм³, (суммарно) 0,01

Стронций Sr²⁺, мг/дм³ 7

Фтор F^-, мг/дм³ 1,2–1,5

Литий Li, мг/дм³ 0,03

Ванадий V, мг/дм³ 0,1

Сурьма Sb, мг/дм³ 0,05

Общая α радиоактивность, БК/дм³ 0,1

Общая β радиоактивность, БК/дм³ 1

В отдельных случаях по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы цветность воды допускается до 35°. Специфические запахи и привкусы, появляющиеся при хлорировании (обеззараживании), не должны превышать 1 балла. Водородный показатель рН должен быть в пределах 6,5–8,5.

В целом весь водно-химический режим теплофикационной установки должен быть подчинен основной задаче – нагреть воду до температуры, требуемой температурным графиком (70–150, 70–180 или 70–200 °С), и транспортировать ее потребителю, не ухудшив органолептических и других санитарных показателей.

Основным отправным пунктом при выборе рациональной схемы водоподготовки в каждом конкретном случае должен быть химический состав исходной воды и нормативные показатели качества очищенной воды, подаваемой в теплосеть. Если для очистки воды данного состава до требуемых кондиций имеется возможность применить две или несколько разных схем, то окончательный выбор должны определить результаты технико-экономического сравнения их. Закон об охране окружающей среды выдвинул на первое место вопрос о защите водоемов от загрязненных стоков, поэтому важными показателями при оценке схем водоподготовки являются количество и состав сбрасываемых вод, возможность их сброса в открытые водоемы без очистки, а также способы очистки и стоимость их осуществления.

При выборе схемы водоподготовки необходимо учитывать тип теплофикационной сети, в частности способ присоединения системы горячего водоснабжения.

В практике эксплуатации открытых систем чаще всего используется двухтрубная система теплоснабжения. Схема подключения потребителей горячей воды к такой системе изображена на рис. 9.1, а общая схема потоков воды в открытой двухтрубной системе – на рис. 9.2. Поскольку разбор горячей воды потребителями для бытовых нужд в этом случае осуществляется непосредственно из тепловых сетей, количество добавляемой в теплосеть воды, определяющее требуемую производительность водоподготовительной установки, зависит в первую очередь от размеров водоразбора. Из практики эксплуатации действующих водоподготовительных установок такого типа известно, что их производительность колеблется от сотен до 10 тыс. т/ч.

Схема водоподготовки должна включать несколько стадий обработки воды: коагуляцию и осветление, обезжелезивание (при использовании артезианских вод), деаэрацию и противонакипную обработку.

Первая стадия очистки добавочной воды осуществляется на ТЭЦ только в случае необходимости доведения исходной воды до качества, соответствующего САНПиН 2.1.4.559-96 «Вода питьевая», главным образом по органолептическим показателям (цветности, мутности, запаху). При использовании артезианских вод необходимость в коагуляции и осветлении отпадает, а обязательной становится стадия обезжелезивания.

Деаэрация является обязательной стадией для установок, использующих воду поверхностных источников. Наиболее целесообразно применение термической деаэрации, позволяющей сочетать надежное устранение агрессивных газов с термическим обеззараживанием воды. Противонакипные мероприятия осуществляются теми или иными методами практически во всех схемах водоподготовки.

Рис. 9.2. Схема потоков воды в открытой двухтрубной системе теплоснабжения:

1 – подогреватель I ступени; 2 – подогреватель II ступени; 3 – термический деаэратор;
4 – бак деаэрированной воды; 5 – насосы; 6 – водогрейное оборудование; 7 – коллектор прямой магистрали; 8 – коллектор обратной магистрали; 9 – абоненты; I – добавочная вода

Любая схема подготовки добавочной воды, включающая все перечисленные стадии обработки или только некоторые из них, должна обеспечить получение воды, качество которой удовлетворяло бы нормам рационального водно-химического режима теплосети.

Итак, изложенные методы позволяют предупредить появление карбонатных отложений на поверхностях нагрева нормально эксплуатируемого водонагревательного оборудования.

9.2. Декарбонизация воды методом известкования

Известкование как метод снижения щелочности воды при ее подготовке для теплосети долгое время рассматривался только применительно к закрытым системам теплоснабжения. Он считался экономичным при небольших расходах добавочной воды в теплосеть. При этом очистка подпиточной воды для теплосети совмещалась на первых стадиях с подготовкой добавочной воды для основного контура ТЭЦ.

В настоящее время известкование рассматривается как конкурентоспособный метод, позволяющий достаточно просто решать вопрос очистки сбросных вод даже для установок большой производительности, поскольку примеси, удаляемые из воды в процессе известкования, переводятся в практически нерастворимые осадки, которые могут быть удалены в соответствующие шламоотвалы.

Сущность метода заключается в обработке воды известью Са(ОН)₂. Повышение в воде концентрации ионов приводит к уменьшению концентрации ионов Н⁺. Увеличение рН вызывает смещение углекислотного равновесия в сторону образования карбонат-ионов. На основе многолетних исследований отделением водно-химических процессов Всесоюзного теплотехнического института (ВТИ) сформулированы оптимальные условия проведения процесса известкования воды. На рис. 9.12 показана принципиальная технологическая схема подготовки воды этим методом.

В правильно налаженных установках с использованием осветлителей конструкции ВТИ при нагреве воды до 30–40 °С можно получить остаточную щелочность воды Щ_ОСТ = 0,55–0,80 ммоль/дм³ при содержании кальция до 1 ммоль/дм³ и Щ_ОСТ = 0,35–0,60 ммоль/дм³ при 3 ммоль/дм³. Оптимальное значение рН, при котором достигается минимальная общая щелочность, лежит в пределах 10–10,2. При снижении рН обрабатываемой воды остаточная щелочность повышается до 1–1,5 ммоль/дм³.

Рис. 9.12. Схема подготовки добавочной воды методом известкования:

1 – подогреватель; 2 – осветлитель; 3 – бак известкованной воды; 4 – насос; 5 – механический фильтр; I – исходная вода; II – известковое молоко; III – раствор флокулянта; IV – раствор коагулянта;V – осветленная добавочная вода

Если требуется получить воду с минимально низкой щелочностью, необходимо применять комбинированные схемы, например известкование с последующим подкислением.

Эффект умягчения воды при известковании зависит от состава исходной воды. Если он не отвечает требованиям ПТЭ (кальциевая жесткость не выше
3,5 ммоль/дм³), возникает необходимость дополнительного умягчения. В подобных случаях проводится Na-катионирование части или всего потока известкованной воды.

9.3. Na-катионирование добавочной воды

Умягчение воды по методу Na-катионирования многие годы применялось на ТЭЦ для подготовки добавочной воды тепловых сетей. Эксплуатация Na-катионитных установок позволила выявить положительные и отрицательные стороны этого метода. Достигаемый при Na-катионировании глубокий эффект умягчения добавочной воды положительно сказывается на уменьшении кальциевого и магниевого накипеобразования в теплообменной аппаратуре. Однако повышение агрессивных свойств глубоко умягченной воды по отношению к металлу вызывает усиление коррозии подпиточного тракта (до деаэратора), а при недостаточно качественной деэрации – и всего остального водогрейного оборудования и теплофикационных магистралей. Иначе говоря, применение Na-катионирования как метода подготовки добавочной воды требует особенно тщательного проведения противокоррозионных мероприятий в теплосети, чтобы избежать загрязнения сетевой воды повышенным количеством продуктов коррозии.

Существенным недостатком метода Na-катионирования следует считать наличие сбросных вод, содержащих хлориды и сульфаты кальция и натрия в количествах, превышающих нормы. В настоящее время применяется разбавление сбрасываемых растворов водами более низкой минерализованности. В перспективе использование метода Na-катионирования в водоподготовительных установках будет зависеть от возможности утилизации сбросных вод.

В настоящее время в схемах подготовки добавочной воды для тепловых систем с непосредственным водоразбором Na-катионирование используется после стадии, снижающей щелочность исходной воды. Необходимость в доумягчении воды возникает, если исходная вода содержит значительное количество ионов кальция, и для выдерживания в сетевой воде соотношения требуется уменьшить их концентрацию до ммоль/дм³. В подобных случаях применяются комбинированные схемы: а) известкование – коагуляция с последующим частичным или полным умягчением воды методом Na-катионирования;
б) подкисление в комбинации с Na-катионированием части исходной воды. Та или другая схема очистки для каждого конкретного состава воды выбирается по результатам технико-экономического расчета, а также при положительном решении вопроса об утилизации сбросных вод Na-катионитных фильтров.

9.6. Магнитная противонакипная обработка добавочной воды

Основные закономерности метода магнитной водоподготовки. Изменения свойств воды, наблюдаемые в результате ее прохождения через узкий зазор между полюсами постоянного магнита (или электромагнита), позволяют рассматривать омагничивание воды как способ ее обработки. Исследованиями многих авторов, а также промышленной практикой доказано, что магнитное поле оказывает влияние на кинетические процессы кристаллизации накипеобразователей.

Противонакипный эффект магнитной обработки обусловлен появлением в воде, прошедшей магнитное поле, многочисленных субмикроскопических и коллоидных образований, которые могут служить зародышевыми кристаллами карбоната кальция, выделяющегося при нагревании воды. Присутствие в жидкости огромного количества таких центров кристаллизации приводит к выделению карбоната кальция в объеме жидкости, а также вызывает замедление роста кристаллов, что обусловливает их высокую дисперсность. Перенесение кристаллизации основного накипеобразователя в толщу нагреваемой воды способствует предотвращению отложений на теплопередающих поверхностях оборудования. Образованию накипи вторичного происхождения препятствует высокая степень дисперсности частиц выделяющегося карбоната кальция. Система вода – карбонат кальция получается устойчивой на стадии микрокристаллов, не оседающих из потока движущейся жидкости.

Однако применение противонакипной магнитной обработки воды в настоящее время требует предварительных экспериментов для выбора оптимальных условий омагничивания воды данного состава. Такое положение вызвано прежде всего тем, что механизм действия электромагнитных полей на растворы различного состава не изучен и какие-либо количественные закономерности не найдены. Не выяснен также механизм образования зародышей кристаллов в воде после магнитной обработки.

Изложенная точка зрения на магнитную обработку природных вод вытекает из ряда экспериментальных исследований МЭИ и является в настоящее время пока единственной попыткой наиболее полного объяснения влияния магнитного поля на воду исходя из предположения, что в обрабатываемой воде присутствуют ферромагнитные окислы железа, определяющие результативность магнитной обработки как противонакипного способа водоподготовки.

Практическое применение магнитной обработки в теплосетях с непосредственным водоразбором. Практикой эксплуатации действующих промышленных магнитных установок выявлено, что магнитная обработка как способ противонакипной защиты водогрейного оборудования теплофикационных систем с непосредственным водоразбором эффективна при использовании природных вод общей минерализованностью не выше 500 мг/дм³, карбонатной и общей жесткостью до 4 ммоль/дм³.

Рис. 9.13. Схема магнитной обработки добавочной воды
с предварительной коагуляцией и осветлением:

1 – насос для подачи исходной воды; 2 – смеситель; 3 – насос-дозатор коагулянта;
4 – воздухо- и грязеотделитель; 5 – контактные осветлители КО-2; 6 – бак осветлённой воды; 7 – насос для подачи осветлённой воды; 8 – электромагнитные аппараты ВТИ;
9, 10 – подогреватели I и II ступеней; 11 – деаэратор; 12 – подпиточный насос; I – исходная вода; II – раствор коагулянта; III – подпиточная вода

Магнитная обработка является одной из стадий в общей технологической схеме подготовки подпиточной воды; выбор остальных стадий очистки производится с учетом качества исходной воды. Если она поступает из открытого водоема, схема подготовки подпиточной воды включает коагуляцию и осветление с последующей магнитной обработкой и термической деаэрацией. Такая схема водоподготовки осуществлена, например, на Саратовской ГРЭС (рис. 9.13).

Необходимость в предварительной очистке обусловлена требованием доведения исходной воды до качества, соответствующего СанПиН 2.1.4.559-96 «Вода питьевая» по таким показателям, как цветность и мутность, без чего вода не может быть направлена потребителям. Согласно данным Института санитарии и гигиены им. Эрисмана, для хозяйственно-бытовых целей допускается вода, обработанная магнитным полем напряженностью до 16∙10⁴ А/м. Если исходной служит водопроводная вода, то схема подготовки подпиточной воды значительно упрощается и включает только магнитные аппараты и термический деаэратор. Упрощенная схема (рис. 9.14) длительное время эксплуатировалась на Астраханской ТЭЦ.

Рис. 9.14. Схема магнитной обработки добавочной воды
без предварительной очистки:

1 – электромагнитные аппараты ВТИ; 2, 3 – подогреватели I и II ступеней;
4 – деаэратор; 5 – подпиточные насосы; 6 – бак запаса деаэрированной воды;
I – исходная вода; II – подпиточная вода

Объективно эффективность применения любой схемы водоподготовки, в том числе и схем, включающих магнитную обработку, оценивается отсутствием накипи на рабочих поверхностях всех видов оборудования и трубопроводов теплосети. Присутствие карбоната кальция в нагретой воде в виде тонкодисперсной взвеси требует внимательной и умело организованной эксплуатации вспомогательного оборудования.

Поверхность нагрева теплообменников, подогревающих воду перед деаэратором до 90 °С (поз. 9 и 10 на рис. 9.13, поз. 2 и 3 на рис. 9.14), будет чистой, если их трубки не будут корродировать. В этих подогревателях трубки должны выполняться из металлов, устойчивых против кислородно-углекислотной коррозии, усиливающейся присутствием в исходной воде хлоридов и сульфатов. Если на поверхности латунных трубок подогревателя появляется шероховатость вследствие обесцинкования, то на них оседает взвесь карбоната кальция; с течением времени образуются бугорки, постепенно соединяющиеся в единый слой накипи.

В схемах с магнитными аппаратами целесообразно использовать термические деаэраторы атмосферного, типа, оборудованные барботажным устройством ЦКТИ. В них исключается зарастание спекшимся карбонатным шламом нижней поверхности последней деаэраторной тарелки, обращенной к потоку пара. Основная часть пара в деаэраторе этого типа поступает в барботажное устройство, находящееся в водяном объеме деаэратора, где прикипания карбонатной взвеси обычно не наблюдается. Некоторое количество укрупнившихся частиц, успевающих осесть на стенках бака за время пребывания в нем воды, не мешает нормальной работе деаэратора. Крупные частицы, осевшие на дно в барботажной камере и баке, необходимо периодически удалять путем продувки нижних точек деаэраторного бака.

Длительные эксплуатационные наблюдения показывают, что качество подпиточной воды после термического деаэратора в схемах с омагничиванием отвечает нормам, а именно: свободная углекислота отсутствует, содержание кислорода укладывается в пределы 10–20 мкг/дм³, а мутность составляет 1,5–2,5 мг/дм³. Концентрация взвеси, состоящей из карбоната кальция и окислов железа (при учете частиц размером более 1 мкм), не превышает 2–3 мг/дм³. Эти данные получены на промышленных установках, показатели исходной воды которых по минерализованности не превышают указанного выше предела. Многочисленные анализы подпиточной и сетевой воды на содержание взвеси дают значения одного порядка, что подтверждает отсутствие оседания взвеси из движущейся воды в теплообменниках, магистральных трубопроводах и в разводящей абонентской сети. Данные осмотров оборудования и теплосети согласуются с этими наблюдениями.

В теплофикационных установках с большим разбором горячей воды имеются запасные баки деаэрированной подпиточной воды для покрытия пиковых нагрузок. В случае пребывания воды в запасном баке в течение 12–24 ч следует ожидать укрупнения и выделения некоторого количества карбонатной взвеси на стенках бака. Равномерно покрывая поверхность бака, она защищает его от кислородной коррозии. Трудностей в эксплуатации подобное покрытие не создает, а при дренировании бака легко удаляется механически путем несильного постукивания.

Эффективность той или иной комбинированной схемы водоподготовки зависит от степени налаженности каждой стадии очистки в отдельности. Магнитная обработка не может исправить или ликвидировать огрехи неналаженного режима, работы предварительной очистки. Имевшиеся на водоочистке Саратовской ГРЭС нарушения режима предварительной очистки, особенно в паводковый период, приводили к образованию отложений на тарелках деаэратора. После устранения нарушений в работе предварительной очистки была обеспечена безнакипная работа всего водогрейного оборудования.

Для противонакипной магнитной обработки воды применяются электромагнитные аппараты (ЭМА) конструкции СКВ ВТИ, изготовляемые Чебоксарским электромеханическим заводом «Энергозапчасть». Они удобны тем, что имеют широкий диапазон магнитной напряженности в рабочем зазоре, легко настраиваются на воду любого качества и надежны в эксплуатации.

В настоящее время выпускаются аппараты производительностью 15, 25 и 50 т/ч.

Электромагнитный аппарат (рис. 9.15) состоит из цилиндрического корпуса 1 (наружный магнитопровод) и сердечника 2 (внутренний магнитопровод), на который надеты намагничивающие катушки 3. Они помещены в кожух 4 из немагнитного металла, который заполнен трансформаторным маслом для охлаждения и изоляции. Корпус и кожух образуют рабочий кольцевой зазор 5, по которому проходит обрабатываемая вода. Стрелки указывают направление магнитных силовых линий. Катушки аппарата питаются через выпрямитель постоянным током. Концы обмотки катушек выведены на зажимы 8 и закрыты крышкой 7.

Кроме аппаратов конструкции СКБ ВТИ завод «Энергозапчасть» освоил выпуск аппаратов АМО-25-У4 производительностью 25 т/ч.

Через магнитные аппараты должен проходить весь поток воды, добавляемой в сеть и покрывающей расходы на горячее водоснабжение и потери в сети. В случае надобности можно устанавливать несколько параллельно работающих групп аппаратов, включая в каждую группу не более четырех аппаратов. При пуске аппарата экспериментально определяется его рабочая кривая, характеризующая зависимость напряженности магнитного поля в рабочем зазоре от силы тока в обмотке. Затем осуществляется с использованием кристаллооптического метода контроля предварительная настройка аппарата на обработку воды данного качества.

Магнитная обработка при подготовке воды для тепловых сетей с непосредственным водоразбором хорошо зарекомендовала себя на установках, в которых в качестве основных нагревателей используются скоростные сетевые подогреватели. В теплофикационных схемах с водогрейными котлами применение магнитной обработки, вероятно, будет менее надежным. В связи с переходом на использование мазута в качестве топлива для этих котлов в конвективных и экранных трубах водогрейных котлов зафиксировано явление «поверхностного кипения», что исключает возможность применения метода магнитной обработки.

Рис. 9.15. Электромагнитный аппарат для противонакипной обработки воды,
разработанный СКБ ВТИ:

1 – корпус; 2 – сердечник (внутренний магнитопровод); 3 – намагничивающая катушка; 4 – кожух; 5 – рабочий зазор; 6 – сетка; 7 – крышка; 8 – зажимы; I – вход воды; II – выход воды

9.7. Подготовка воды для закрытых тепловых сетей

Сетевая вода, циркулирующая в закрытых системах, не имеет непосредственного контакта с людьми, и поэтому нет необходимости соблюдать санитарные требования, в частности, по такому показателю, как рН. Это обстоятельство позволяет использовать для подпитки теплосети продувочную воду паровых котлов, отмывочные воды анионитных фильтров и иметь при этом показатель рН в добавочной воде свыше 8,5. Утилизация продувочной воды котлов и сбросных вод обессоливающих установок экономически выгодна, так как уменьшается общее водопотребление и, кроме того, сокращаются объемы производственных сточных вод. Однако в этом случае из-за присутствия в продувочных и отмывочных водах гидрат- и фосфат-ионов, которые с ионами кальция и магния могут образовывать труднорастворимые соединения, остальная часть добавочной и сетевая вода должны быть глубоко умягчены (общая жесткость не более 0,05 ммоль/дм³). Применение для этой цели Na-катионирования вызывает необходимость решать сложный вопрос об утилизации стоков катионитных фильтров.

Применение гидразина или других веществ, могущих оказать прямо или косвенно вредное действие на организм и здоровье человека, для коррекционной обработки воды теплосети запрещается, так как и в закрытых сетях имеются некоторые утечки воды через неплотности оборудования и непланируемый ее отбор.

Неорганизованный водоразбор и другие потери из-за недостаточно высокой культуры эксплуатации тепловых сетей и подогревателей отражаются в первую очередь на производительности водоподготовительной установки (ВПУ), предназначенной для восполнения всех потерь воды в сети, и, конечно, затрудняют ее нормальную эксплуатацию. При проектировании ВПУ должна быть предусмотрена возможность увеличить производительность установки в случае необходимости. Должно быть также предусмотрено сооружение баков, вмещающих двух- трехчасовой запас воды для обеспечения бесперебойной работы теплосети.

Производительность ВПУ добавочной воды для закрытых тепловых сетей меньше, чем для систем с непосредственным водоразбором.

Повышение требований к составу и минерализованности вод, сбрасываемых в водоемы после ВПУ, заставляет пересматривать традиционно используемые схемы подготовки добавочной воды и даже отказываться от применения некоторых из них. В частности, такая переоценка произошла в отношении схемы умягчения воды методом Na-катионирования из-за отсутствия экономически приемлемых способов снижения солесодержания сбросных вод после Na-катионитных фильтров.

Основной схемой подготовки добавочной воды для закрытых теплосетей, когда нужно снизить только щелочность (карбонатную жесткость) исходной воды, следует считать известкование, совмещенное с коагуляцией и осуществляемое в осветлителях ВТИ. Эта схема применима для вод гидрокарбонатного класса, у которых общая жесткость равна общей щелочности или превышает ее на 1–3 ммоль/дм³. Когда исходная вода обладает более высокой некарбонатной жесткостью (т. е. Жо превышает Що более чем на 3 ммоль/дм³), требуется проводить доумягчение воды. В подобных случаях конкурирующими схемами водоподготовки можно считать содоизвесткование и известкование с коагуляцией и последующим Na-катионированием всего потока воды или его части. Критерием целесообразности осуществления той или другой схемы должны быть результаты их технико-экономического сравнения, включая решение вопроса об утилизации сбросных вод ВПУ.

9.8. Подготовка воды для местных систем горячего водоснабжения

Для централизованного горячего водоснабжения (закрытая система теплоснабжения) очистка воды должна предусматриваться в тепловых пунктах в тех случаях, когда это требуется по коррозионным и накипеобразующим показателям исходной водопроводной воды и обосновано технико-экономическим расчетом. При выборе водоподготовки (противокоррозионная, противонакипная или совместная) рекомендуется руководствоваться данными табл. 9.2. По результатам исследований ВТИ и опыту эксплуатации систем горячего водоснабжения противонакипная и противокоррозионная обработка воды не требуется, если исходная водопроводная вода отвечает одновременно следующим показателям: карбонатная жесткость менее 4 ммоль/дм³, содержание железа не более 0,3 мг/дм³ (в пересчете на Fe); суммарное содержание хлоридов и сульфатов не выше 50 мг/дм³.

Способы противокоррозионной обработки воды будут рассмотрены. Далее излагаются методы организации противонакипной обработки воды на тепловых пунктах.

Многолетний опыт эксплуатации подогревателей горячего водоснабжения показывает, что при использовании необработанной водопроводной воды нередко в трубках теплообменников образуются карбонатные или карбонатно-железистые отложения. При карбонатной жесткости воды 6–7 ммоль/дм³ и содержании железа до 3 мг/дм³ необходимость в чистке трубок возникает уже через 3–4 мес. непрерывной работы при температуре нагрева 70–90 °С или через 6 мес. при температуре воды не выше 60 °С.

Для обезжелезивания воды на ЦТП следует использовать стандартные катионитные фильтры, загружаемые сульфоуглем.

Применяемый в схеме водообработки метод обезжелезивания разработан Академией коммунального хозяйства (АКХ).

Незначительный нагрев воды в водо-водяных подогревателях (до 70 °С) не способствует распаду бикарбонатов, поэтому в омагниченной нагретой воде содержание карбонатной взвеси получается небольшим. Так, по экспериментальным данным в воде с карбонатной жесткостью 7–8 ммоль/дм³ при подогреве до 70 °С содержание взвеси не превышает 0,5 мг/дм³. Тонкодисперсная взвесь такой концентрации укрупняется медленно и не оседает в условиях движущейся жидкости. Отсюда следует вывод, что практически все артезианские воды, соответствующие СанПиН 2.1.4.559-96, можно использовать в качестве исходных вод, которые можно эффективно обрабатывать магнитным полем, обеспечивая безнакипное состояние поверхностей нагрева подогревателей.

Экономическая целесообразность применения схем водоподготовки с магнитной обработкой подтверждается результатами технико-экономических расчетов, где сравниваются затраты на упрощенную магнитную обработку воды с обезжелезиванием с затратами на схему Na-катионирования с последующей вакуумной деаэрацией.

9.9. Подготовка воды для отопительных систем теплоснабжения

Отопительные котельные, снабжающие теплом небольшие комплексы жилых или промышленных зданий, обычно оборудуются чугунными секционными водогрейными котлами с давлением 1,7 ∙10⁵ Па (1,7 кгс/см²), например типа «Универсал». Названные отопительные системы, относящиеся к закрытым системам водяного отопления, достаточно распространены. Только Московский чугунолитейный завод им. Войкова ежегодно отправляет потребителям более 300 чугунных секционных котлов. Как правило, такие котлы работают без водоподготовки, чаще всего используя воду артезианских скважин.

Наиболее подходящей для условий отопительных котельных представляется противонакипная магнитная обработка воды.

Особенность закрытой отопительной системы состоит в том, что в ней в течение всего сезона циркулирует практически одна и та же вода, поскольку добавка, предназначенная для восполнения потерь в системе, составляет всего 1–2 % объема теплосети. Это означает, что вывод механических взвесей, попавших в циркуляционный контур или образовавшихся в нем в процессе нагревания воды, затруднен из-за слабой продувки системы.

При магнитной обработке основной накипеобразователь – карбонат кальция – находится в нагретой воде в виде тонкодисперсной взвеси. Железоокисная взвесь появляется в результате стояночной коррозии разводящих труб теплосети и отопительных приборов во время летнего перерыва в работе. Частицы гидрата окиси железа образуются при гидролизе бикарбоната железа, если таковой содержится в исходной артезианской воде.

Промышленная проверка метода магнитной обработки воды в закрытой отопительной системе проводилась на одном из объектов, оборудованных чугунными секционными котлами типа «Универсал». Схема обработки воды была предложена Московским заводом им. Войкова и выполнена с использованием аппаратов ПМУ, изготовленных на постоянных магнитах этим же заводом. Особенность этой схемы водоподготовки (рис. 9.16, 9.17) заключается в том, что магнитной обработке подвергается вся добавочная вода теплосети, а также непрерывно омагничивается часть циркулирующей воды, расход которой выбран с таким расчетом, чтобы через 10 – 15 ч прошла повторную магнитную обработку вся вода, заполняющая систему. Необходимость введения вспомогательного контура дополнительного омагничивания циркулирующей воды с установкой в нем второго магнитного аппарата вызвана тем, что жидкость, подвергнутая магнитной обработке, с течением времени теряет свойства, приданные ей в результате магнитного воздействия. Дополнительный контур устанавливается между двумя элементами системы, имеющими значительную разность напора (например, трубопровод до насоса – трубопровод после него).

Опытная эксплуатация системы магнитной обработки по предложенной схеме осуществлялась на артезианской воде, которая имела индекс стабильности j = 1, общее солесодержание S = 323 мг/дм³, Що = 6,6 ммоль/дм³, Жо = 7 ммоль/дм³, окисляемость 1,04 мг О₂/дм³, содержание Fe = l,4 мг/дм³, СO₂ = 36,9 мг/дм³,
O₂ = 3,2 мг/дм³. В среднем за сезон расход подпиточной воды составлял 0,55 м³/ч. В контуре дополнительного омагничивания обрабатывалось по 7,5 м³/ч воды. До включения магнитных аппаратов система находилась в эксплуатации и очистке не подвергалась.

Данные о концентрации и химическом составе взвеси, содержащейся в воде теплосети, приведены в табл. 9.4. Они указывают на некоторое повышение содержания взвеси к концу рабочего сезона в основном вследствие накопления в воде продуктов коррозии.

Рост концентрации взвеси в воде в значительной мере объясняется тем, что система была загрязнена отложениями во время предыдущей эксплуатации и происходило их вымывание омагниченной водой с поверхностей отопительных приборов и труб.

Рис. 9.17. Принципиальная схема магнитной противонакипной обработки
воды в закрытой отопительной системе:

1 – магнитный аппарат в дополнительном контуре; 2, 3 – расходомеры; 4 – магнитный аппарат на линии добавочной воды; 5 – продувочная вода котлов; 6 – шламоулавливатели; 7 – водогрейные котлы; 8 – насосы; 9 – расширительный бак; I – вода из водопровода; II – вода в систему отопления; III – вода из системы отопления; IV – шлам из продувочной воды котлов

Все поверхности системы отопления, а также специальные индикаторы, установленные в трубах и омываемые водой, были покрыты рыхлыми отложениями черного цвета толщиной 1–1,5 мм. При химическом анализе отложений в них были найдены в основном (73 %) окислы железа типа магнетита Fе₃O₄ (табл. 9.5).

Для повышения надежности противонакипной магнитной обработки в отопительных системах закрытого типа с нагреванием артезианской воды до
95 °С необходимы эпизодический контроль за содержанием взвешенных веществ в циркулирующей воде во время отопительного сезона и обязательное определение этого показателя после выключения отопления по окончании сезона.

Повышение содержания взвеси более чем на 1 г/дм³ подтверждает необходимость опоражнивания и водной промывки системы отопления.

Наблюдениями за работой шламоуловителей, имевшихся в проверяемой схеме (см. рис. 9.16), была установлена их бесполезность. Из-за высокой дисперсности взвеси она не могла улавливаться этими аппаратами, задерживающими частицы размером более 50 мкм.

9.10. Технология обработки воды комплексонами
в системах теплоснабжения

В настоящее время созданы и начали широко внедряться в системах отопления, горячего и оборотного водоснабжения автономные автоматизированные дешевые установки (рис. 9.18) для обработки воды присадками типа «комплексоны», которые после добавления их в малых дозах (около 3–10 мг/дм³) в подпитывающую воду, не меняя жесткости воды, препятствуют накипеобразованию. Действие присадки основано на нарушениях центров кристаллообразования накипи. Разложившиеся при нагревании соли временной жесткости агрегатируются в виде пыли, остаются в воде и выпадают в осадок в зонах с низкой скоростью движения воды. При концентрации присадки, превышающей равновесное значение, начинается процесс отмывки системы водопользования. С этой целью целесообразно применение грязевиков с низкой скоростью движения воды.

При применении комплексонов нет необходимости в применении Na-катионитных ионообменных фильтров, устраняются потери воды на их промывку, отсутствует в сточных водах сброс хлоридов, что станет в ближайшее время актуальным.

Комплексоны в России применяются около 20 лет. Но широкое распространение этого способа было ограничено отсутствием надежных, автоматических дозирующих систем.

Комплексоны ИОМС-1 (ингибитор отложений минеральных солей) и другие относятся к фосфорсодержащим, с катионами металлов проявляют эффект ингибирования коррозии. Концентрация ИОМС-1 в системах открытого водоснабжения не должна превышать 4,0 мг/дм³, данный ингибитор имел широкое распространение в теплоснабжении. Однако немецкая фирма БК Гиулинии Х предлагает использовать комплексный ингибитор накипеобразования нового поколения - Гилуфер-422, имеющий ряд преимуществ: высокотемпературный, отличные стабилизирующие и диспергирующие свойства, при его непрерывном дозировании медленно растворяются старые инкрустации.

Гилуфер подходит для обработки воды с общей жесткостью до 25 ммоль/дм³ и рН 6–10. Гилуфер-422 разрешен для использования в открытых и закрытых системах теплоснабжения, исследован и рекомендован ВТИ, практически применяется в России.

Рис. 9.18. Функциональная схема установки химводоподготовки
"КОМПЛЕКСОН-6"

1 – счетчик-водомер с дозировочным устройством и адаптером; 2 – блок автоматики;
3 – насос-дозатор; 4 – фильтр; 5 – подпиточная вода тепловой сети; 6 – раствор комплексона; 7 – расходная емкость

Дата добавления: 2015-06-27