Спосіб підготовки додаткової води для підживлення теплових мереж

Винахід відноситься до сфери підготовки додаткової води для підживлення теплових мереж. Для забезпечення необхідного складу і заповнення втрат мережної води, що циркулює по тепловій мережі і підігрівається на водогрійному устаткуванні, у систему теплопостачання подають додаткову воду. Основними вимогами при підготовці додаткової води є забезпечення мінімальної корозійної активності і запобігання відкладання карбонату кальція на поверхні водогрійного устаткування. Пропонований спосіб підготовки додаткової води вирішує цю задачу. Відомі способи підготовки додаткової води для підживлення теплових мереж, описані в книзі «Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей. - М.: Энергоатомиздат, 1999. Балабан-Ирменин Ю.В. и др.» [1]. Загальним для всіх способів є те, що для зниження корозійної активності нижня межа діапазону рН підтримується на рівні не менш 9.0 (у Росії й Україні - 8.3), а дозування відновника кисню використовується як допоміжний спосіб. Нижня границя рН (8.3) визначається відсутністю розчиненого оксиду вуглецю (IV) (СО2) у мережній воді. В усіх цих способах передбачається зм'якшення додаткової води, що визначається необхідністю обмеження карбонатної твердості при рН>8.3. Оскільки розчинений СО2 і СО3- є взаємовиключними формами «вугільної кислоти», саме відсутність у воді СО3 приводить до необхідності її зм'якшення. Необхідність видалення СО2 улаштовується тим, що вуглекислота при рН>7 зрушує рівновагу процесу кисневої корозії убік утворення продуктів корозії: Fe+О2+2Н2О=Fe2++4ОН-; ОН-+СО2=НСО3-. При цьому вплив СО3- на цей же процес при рН>8.3 не розглядається зовсім: Fe2++СО3-=FеСО3. Однак, утворення погано розчинного карбонату заліза в порівнянні зі зв'язуванням добре розчинного СО2 є не менш значимим фактором зрушення рівноваги корозійного процесу убік утворення продуктів корозії. Крім цього, при відсутності СО2 щільний шар продуктів корозії, що утворюється на поверхні тепломеханічного устаткування, зменшує поверхню контакту кисню зі сталлю, що приводить до виразкової корозії. Причому, чим вище значення рН і щільніше нашаровування, тим менше доступна поверхня контакту і, як наслідок, значна локалізація виразкових ушкоджень. Киснева корозія сталі в присутності розчиненого СО2 характерна утворенням пухкого залозистого шламу, слабко зв'язаного з поверхнею тепломеханічного устаткування. Оскільки шлам, що утворився, не перешкоджає контактові кисню з усією доступною поверхнею, корозія протікає рівномірно, не приводячи до утворення язвин. Однак, пухкі відкладення мають більш низький коефіцієнт теплопровідності в порівнянні з щільними, що приводить до зниження к.к.д. водогрійного устаткування. Найбільш близьким до пропонованого способу є спосіб, що рекомендується у ФРН для підготовки додаткової води ([1], С.217-219), у якому передбачене дозування відновника кисню - сульфіту натрію (2-10мг/л) і регулювання значення рН у діапазоні 9-9,5 шляхом дозування лугу. Крім цього, здійснюється глибоке зм'якшення додаткової води до залишкової твердості 20-40мкгекв/л. Таким чином, спосіб підготовки додаткової води для підживлення теплових мереж, що рекомендується у ФРН для систем теплопостачання, включає зм'якшення води, що приводить до появи стоків і збільшення собівартості води. В основу пропонованого винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб підготовки додаткової води для підживлення теплових мереж шляхом регулювання значення рН у діапазоні 7.1-8.2 для запобігання виразкового характеру корозії і виключення можливості відкладання карбонату кальцію на поверхні водогрійного устаткування без зм'якшення додаткової води, що знижує її собівартість і виключає появу стоків. У цьому випадку зм'якшення додаткової води потрібно тільки при перевищенні добутку розчинності сульфату кальцію, визначеного при температурі мережної води після водогрійного устаткування. Поставлена задача вирішується тим, що в пропонованому способі підготовки додаткової води для підживлення теплових мереж, що включає дозування відновника кисню і регулювання рН, новим є те, що значення рН регулюють у діапазоні 7.1-8.2. Верхня межа діапазону рН визначається границею відсутності карбонатіона, а нижній - недопущенням кислотної реакції додаткової води. При виборі між сульфітом і бісульфітом натрію можливо використовувати бісульфіт як відновник, що зменшує рН, а також утворює менше сульфат-іонів на одиницю відновленого кисню. Витрата відновника визначається в залежності від концентрації кисню в мережній воді з урахуванням необхідного надлишку в зворотній мережній воді (1-2мг/л сульфіту натрію). Забезпечення надлишку відновника кисню в мережній воді дозволяє виключити утворення шару продуктів корозії на поверхні водогрійного і тепломеханічного устаткування. Крім цього, виключається утворення катіонів заліза (III) у результаті окислювання катіонів заліза (II), що є присутнім у додатковій воді. У сполученні з відсутністю карбонат-іона це дозволяє запобігти перебільшення добутку розчинності з'єднань заліза (II і III) в обсязі мережної води. Пропонований спосіб підготовки додаткової води для підживлення теплових мереж реалізується так: у додаткову воду перед насосами підживлення (після деаератора) автоматичним дозатором уводять бісульфіт натрію, витрата якого пропорційна витраті води на підживлення. Автоматичне регулювання рН здійснюють шляхом дозування сірчаної кислоти. При цьому, регулятор набудовують на значення рН рівне 8.0, що дозволяє гарантувати відсутність карбонат-іонів, а також заощаджувати кислоту. У випадку, якщо значення рН оброблюваної води менше 8.3 то для регулювання рН без підкислення може бути використана добре відома особливість режиму роботи деаераторів: наявність залишкового СО2 і, як наслідок, значення рН у діапазоні 8.0-8.2 у результаті незначного недогріву (2-5ос) оброблюваної води до крапки насичення перед деаератором. При цьому, кисень практично цілком видаляється. Конкретне значення недогріву визначається в процесі налагоджувальних іспитів і повинне забезпечити, з одного боку, необхідне значення рН, а з іншого боку - мінімальну залишкову концентрацію кисню і додаткової витрати відновника, відповідно. Таким чином, пропонований спосіб підготовки додаткової води для підживлення теплових мереж є безстічним і дозволяє виключити можливість відкладання карбоната кальцію на поверхні водогрійного устаткування, а також запобігти корозії тепломеханічного устаткування.