Отмывка трубопроводов тепловой сети от отложений продуктов внутренней коррозии
Органичным недостатком систем отопления, горячего и холодного водоснабжения, трубопроводы которых выполнены из стальных труб без покрытий, является их низкая надежность и долговечность вследствие интенсивной коррозии, прежде всего язвенной. Поверхность металла становится бугристой, что приводит к резкому увеличению ее шероховатости. При этом из-за отложения продуктов коррозии значительно снижается теплопроизводительность водонагревателей и пропускная способность трубопроводов. Характер и интенсивность снижения зависит от физико-химических свойств, перекачиваемой воды.
Экспериментальные исследования стальных трубопроводов диаметром
50-150 мм, бывших в эксплуатации 5-8 лет, показали, что коэффициент равномерно-зернистой шероховатости (КЭ) для этих труб достигает 20-22 мм.
Постепенное зарастание трубопроводов сопровождается нарушением режима отпуска тепла, в связи с чем эксплуатирующие организации вынуждены включать в работу дополнительное насосное оборудование, либо заменять насосное оборудование на новое, более мощное. Что, в свою очередь, ведет к перерасходу электроэнергии на перекачку воды.
Как видно из рис. 1, перерасход электроэнергии при транспортировке воды интенсивно возрастает в первые 5 лет эксплуатации и увеличивается за этот период в 3,6-5 раз.
До настоящего времени отсутствовали сколько-нибудь приемлемые методы восстановления пропускной способности разветвленных систем теплоснабжения в целом. Применяемые способы промывки гидропневматический, гидродинамический, электроимпульсный, химический и т.д. предназначены для удаления отложений только из отдельных элементов системы теплоснабжения. Трудоемкость и стоимость проведения промывок этими способами высоки, а эффективность зачастую очень низка, особенно когда выбор способа промывки производится без учета физико-химических процессов, как образования отложений, так и процессов старения и упрочнения, протекающих в самих отложениях.
Именно по причине старения и упрочнения отложений оказываются малоэффективными гидропневматические промывки систем теплоснабжения, удаляющие только свежеосевшую часть эпитактического (наружного) слоя. Поэтому они могут быть рекомендованы только для открытых систем теплоснабжения.
В условиях крайнего дефицита у предприятий средств на содержание и ремонт оборудования систем теплоснабжения необходим такой метод промывки, который при максимально возможном упрощении и удешевлении избираемых средств позволяет осуществить комплексную промывку системы в целом.
Эффективность нового метода
Рассмотрим результаты восстановления пропускной способности трубопроводов системы теплоснабжения за счет ускоренной промывки Композицией ККФ.
Водоподготовительные установки в котельных отсутствовали, поэтому котлы и трубопроводы интенсивно заносились отложениями, вплоть до почти полного прекращения циркуляции в отдельных элементах систем. Наибольшие отложения обнаружены в сетевых трубопроводах и на горизонтальных участках разводящих трубопроводов. Зарастание подающих сетевых трубопроводов приблизительно в два раза больше, чем обратных.
Периодически проводимые гидропневматические промывки работоспособность систем отопления не восстанавливали. Образец подающего сетевого трубопровода имел неровный слой железоокисных отложений черно-бурого цвета, прочно связанный с металлом; высота бугорков 10-12 мм; удельная загрязненность 2600 г/м2.
В структуре отложений можно выделить три слоя с различным содержанием окислов железа. Наружный – эпитактический от светло-коричневого до коричневого цвета, содержащий в основном мелкодисперсный гидроксид железа Fe(OH)2.
Промежуточный – более прочный слой, черно-коричневого цвета, и, наконец, прочный топотактический слой черного цвета, состоящий в основном из магнетита Fe3O4.
Для исследуемого образца был определен коэффициент эквивалентной шероховатости КЭ, который составлял 10 мм.
Поверхность металла под слоем отложений была поражена язвами различной формы и глубиной до 1 мм, утонение стенки в нижней части трубы из-за интенсивной подшламовой коррозии достигало 70-75%.
У эксплуатационного персонала распространено ошибочное мнение, что отложения продуктов коррозии способны предотвратить аварийные утечки воды через свищи в стенке трубопроводов. Ошибка заключается в том, что: во-первых, эти отложения имеют рыхлую пористую структуру с низкой механической прочностью, во-вторых, они активно инициируют язвенное разрушение металла с образованием свищей. Поэтому только удалением отложений продуктов коррозии можно продлить срок эксплуатации трубопроводов.
В соответствии с проектом реконструкции системы теплоснабжения все нагрузки переводились на новую котельную, в которой для предотвращения накипеобразования и коррозии предусматривалась обработка жесткой подпиточной воды Композицией ККФ.
Композиция ККФ разработана для предотвращения накипеобразования и коррозии в системах теплоснабжения при работе на жесткой (очень жесткой), недеаэрированной воде. Однако, многолетний опыт практического применения Композиции ККФ выявил еще одно ее неоспоримое преимущество – постепенное разрушение различного рода отложений, имеющихся в котлах и сетях.
Так при содержании ККФ в сетевой воде в количествах, необходимых только для предотвращения накипеобразования, отложения толщиной 3-4 мм отмываются в течение отопительного сезона.
Способность Композиции ККФ разрушать отложения легла в основу разработки новой технологии ускоренной промывки систем теплоснабжения.
Результаты испытаний
Технологический процесс промывки состоял из двух этапов. На первом этапе осуществлялась отмывка трубопроводов от эпитактического (наружного) слоя отложений, попутно достигалось некоторое разрыхление нижележащих слоев отложений. Промывка системы велась ступенчато с организацией регулярной периодической продувки воды в дренаж и постепенным подключением потребителей. Тем самым предотвращалось усиленное загрязнение «концевых» участков грязью, вынесенной из «начальных» участков.
Продолжительность первого этапа составила 17 суток. Расход композиции составил 500 кг.
Второй этап является основным этапом процесса и предназначен для разрушения и диспергирования нижележащих прочных слоев отложений. Данный этап в зависимости от индивидуального состава и количества удаляемых отложений состоит из нескольких стадий, в рассматриваемом случае – трех. Композиция ККФ вводилась порциями, общий расход ее на этом этапе составил 900 кг.
Значение pH сетевой воды для более полного перевода железоокисных отложений в хорошо растворимый в воде комплекс поддерживалось в пределах 5,5-6,5 в отличие от кислотной промывки, при которой значение pH отмывочного раствора составляет 2-4.
Окончание удаления отложений обычно сопровождается прекращением или более медленным ростом концентраций отмываемых веществ в растворе. Осмотр образцов сетевых трубопроводов показал практически полное удаление отложений и наличие пленки кирпичного цвета на очищенной поверхности (фото 3).
Эффективность отмывки составила 95%.
Для отмытого образца трубопровода был определен коэффициент эквивалентной шероховатости КЭ, который составил 0,4 мм.
Выводы
Анализ результатов промывки системы теплоснабжения и выполненных расчетов позволяют сделать следующие выводы:
1. Перерасход электроэнергии при транспортировке воды по трубопроводу диаметром 100 мм, находящемуся в эксплуатации 15 лет, достигает 100 рублей в месяц на каждый метр трубопровода.
2. Отложения продуктов коррозии способствуют развитию язвенной коррозии металла и резкому сокращению срока службы стальных трубопроводов.
3. Композиция ККФ является эффективным реагентом для восстановления пропускной способности трубопроводов.
4. Процесс промывки систем теплоснабжения Композицией ККФ является новым технологическим решением.
5. Восстановление гидравлического режима работы системы теплоснабжения позволяет перейти от количественного к качественному регулированию отпуска тепла.
6. Условный срок окупаемости затрат на промывку только за счет экономии электроэнергии без учета экономии средств от нормализации режима отпуска тепла составляет 2-5 месяцев.
7. Промывка системы должна производиться каждые 2-3 года.
8. Технологию промывки систем теплоснабжения Композицией ККФ можно рекомендовать для широкого применения.
