​В соответствии с инженерными правилами, в целях обеспечения оптимального использования высоких показателей теплообмена современных котлов, следует обращать особое внимание на оборудование котельных.

Мало выработать достаточное количество тепла, необходимо еще и передать его потребителю.

Наладка гидравлического режима котельных установок, является самым главным условием надежной, долговременной и эффективной работы, как самих котлов, так и всей отопительной системы в целом.

При подборе котлов необходимо не только исходить из требуемой мощности, но и учитывать температуру обратной воды, диапазон допустимых расходов теплоносителя, требования к изменению расхода во времени, гидравлическое сопротивление котлов, работающих параллельно, а также ряд других режимных параметров.

Их влияние на возможные нарушения режима работы котлов показывают следующие примеры.

Расход воды через котел

Недостаточный расход воды может привести к перегреву и выходу котла из строя, а перерасход - к его неэффективной работе и повышенной внутренней коррозии.

Указывается минимально и максимально допустимый расход воды. Эти расходы различаются в зависимости от моделей котлов.

Температура обратной воды

Этот параметр необходимо обязательно учитывать, так как слишком низкая температура обратной воды может привести к конденсации паров сгоревшего топлива на внутренних частях котла и его быстрой коррозии, поскольку конденсат имеет повышенную кислотность и может содержать соединения серы.

Например, если минимальная температура обратной воды в котел 55 °С, необходимо предусмотреть достаточный подмес воды в котел из линии подачи.

Гидравлическое сопротивление котла, арматуры, трубопроводов

Этот фактор следует учитывать при подборе насосов, при замене котлов, поскольку современные котлы имеют повышенное гидравлическое сопротивление; если установить такой котел параллельно со старыми котлами, имеющими низкое сопротивление, основной расход теплоносителя будет через них, а новый котел не будет давать ожидаемой теплоотдачи.

Со временем происходит зарастание котла и трубопроводов продуктами коррозии, а также изменение характеристик насосов и арматуры. Это приводит к уменьшению расходов теплоносителя и соответственно к вышеописанным проблемам.

Для обеспечения надежности котельных установок, должны быть соблюдены следующие 5 правил:

ПРАВИЛО №1: МИНИМАЛЬНЫЙ РАСХОД ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ:

Постоянно обеспечивать для каждого котла, во время работы, минимальный расход теплоносителя,соответствующий номинальной мощности котла, причем разница температур между подающей линией и обратной линией котла должна быть меньше 25°С;

ПРАВИЛО №2: УДАЛЕНИЕ ВОЗДУХА:

Обеспечивать постоянное и эффективное удаление воздуха в любых условиях работы котла и трубопроводов;

Воздух необходим для жизни, но он не ценится в отопительных установках, так как способствует коррозии и образованию шлама.

Источники появления воздуха многочисленны:

Это явление опирается на физический принцип, который изначально не принимают во внимание. Так, несмотря на повышенное давление, которое преобладает в системе, воздух, тем не менее, может туда проникать: все зависит от его степени насыщения.

При нагревании воды в котле её поглощающая способность уменьшается, и будет наблюдаться противоположный эффект: воздух отделяется и переходит в газообразное состояние.

Наоборот, когда вода охлаждается в нагревательных устройствах, её поглощающая способность будет увеличиваться. Вода начинает “втягивать” воздух через стыки, неплотности или трубы, несмотря на то, что давление воды превышает атмосферное.

Вывод: при некоторых условиях температуры и давления, жидкость содержит больше или меньше растворенного газа.

Воздух может попасть при наполнении, иногда вода содержит до 15 мг/л кислорода, растворенного в ней.

При нагревании он высвобождается - переходит в газообразную форму.

- Расширительные баки отсутствуют, неисправны или неправильно рассчитаны. Это может создать в отопительных установках зоны пониженного давления по отношению к атмосферному давлению.

Устройства для воздухоотделения отсутствуют, неисправны или неправильно установлены.

Методы удаления воздуха:

Во всем многообразии существующих решений для воздухоотделения в установках можно выделить 2 основных метода, использующих:

  • гидравлические устройства:

    Устройства для отведения газов: воздушники, автоматические воздухоотводчики, абсорбционные устройства, которые позволяют растворять воздух в воде ...

  • химические процессы:

    Можно обработать установку, добавляя различные вещества, например, сульфит натрия в количестве 100 г/м³ для подпиточной воды.

    Это потребует регулярного контроля за процентным содержанием сульфита, чтобы в случае необходимости подкорректировать его.

Перед любым вводом в эксплуатацию новой установки или после обслуживания существующих сетей необходимо их тщательно промыть, заполняя водой из городского водопровода, и, производя опорожнение с самым максимальным расходом с целью вывести наибольшую часть твердых веществ, не осевших на перегородках.

Полная водоподготовка начинается с установки счетчика воды для того, чтобы следить за подпиточной водой и знать реальный объём установки (считывание данных со счетчика при первом наполнении).

Это также понадобится при расчете количества добавляемых веществ.

Затем, необходимо умягчить подпиточную воду; ввести вещества, разрушающие живые организмы; ингибиторы коррозии и регуляторы рН; восстановители кислорода; и, в завершении, установить эффективную обработку против образования шлама.

Дозировка и токсичность добавляемых веществ должны быть всегда контролируемыми.

ПРАВИЛО №3: УРОВЕНЬ ВОДЫ:

Обеспечивать достаточный уровень воды в установке;

ПРАВИЛО №4: ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ:

Обеспечивать необходимое гидростатическое давление воды в котлах;

Правильный расчет расширительного бака:

  • Давление бака = P>=HS (гидростатическая высота).
  • Давление при наполнении = P+ 0,3

Установка защитного реле давления.

ПРАВИЛО №5: ОТЛОЖЕНИЕ НАКИПИ:

Принимать все меры против отложения накипи:

  • Счетчик воды.
  • Водоподготовка, если TH > 125мг-экв.
  • Правильно рассчитанный расширительный бак.

Если кислород из воздуха отвечает за коррозию, то вода и ее компоненты ответственны за отложение накипи в отопительных установках.

Для того, чтобы узнать свойства воды или предусмотреть средства против отрицательных последствий при её использовании, сначала необходимо знать состав этой воды.

Учитываются только те величины, которые используются для подпиточной воды.

Это: TH, pH и удельное сопротивление.

- Общий гидрометрический показатель или полный TH (мг-экв.):

Измеряет общее количество растворенных солей кальция (Ca++) и магния (Mg++). Эти два элемента в составе сульфатов и карбонатов образуют большую часть того, что называется “накипью” или “известняком”.

Механизмы образования накипи.

При нагревании воды появляются микропузырьки газа. Они высвобождаются из воды с увеличением температуры, в частности, начиная с 55° C. Этот газ - высвобождаемый кислород. Но, начиная с 55° C, диссоциация бикарбонатов начинает образовывать CO2. В момент образования и высвобождения CO2 отмечают, что нарушилось углеродное равновесие. При нарушении равновесия, кальций и магний, которые были в составе бикарбонатов, начинают выпадать в осадок в форме накипи.

В отопительных установках газы O2 и CO2 будут удаляться воздухоотводчиками, а отложение карбоната будет происходить в наиболее горячей точке установки.

Допускается при TH >=125 мг-экв. использовать воду без умягчения, если нет анормальных притоков: добавлений или опорожнений.

Классификация воды по TH(мг-экв.):

  • 0 + 25 TH: мягкая вода;
  • 25 + 75 TH: вода средней жесткости;
  • 75 + 125 TH: жесткая вода;
  • свыше 125 TH: очень жесткая вода.

- Измерение pH:

Позволяет определить кислотность или щелочность воды с промежуточной зоной равновесия, где pH называется “нейтральным”. pH обратно пропорционален температуре.

Это измерение обязательно для воды в отопительных установках коллективного пользования с мощностью более 350 кВт.

Рекомендуемые значения меняются в зависимости от металлов, присутствующих в установке.

Примерные значения для pH при 20° C:

  • Стальные установки: 9,5 < pH < 10,5
  • Установки с алюминиевыми частями: 7,5 < pH < 8,5
  • Чугунные котлы: 7,5 < pH < 10,5.

Удельное сопротивление воды ρ

Вода (чистая) оказывает сопротивление прохождению электрического тока:

Природные и питьевые воды содержат растворенные соли и газы, таким образом, уменьшая сопротивление.

Слабоминерализованная вода с ρ> 4 500 Ωсм рискует быть “хорошим растворителем”, то есть разрушить металл и спровоцировать коррозию.

Напротив, вода, содержащая большое количество растворенных солей и газов, будет “проводником” электрического тока (ρ< 1 500 Ω /см). Значит, существует риск отложения накипи, а также коррозии из-за “легкости” прохождения электрического тока через воду и, например, если установка содержит различные металлы.

Средства водоподоготовки против отложения накипи:

Как в случае обработки воды против воздуха, также можно выделить 2 типа методов против отложения накипи:

гидравлические устройства: (счетчики);

Чтобы не образовывалась накипь, необходимо избегать добавлений воды, а для этого нужно не допускать течей.

Основной элемент - это счетчик подпиточной воды.

Все котельные должны быть им оснащены для контролирования величин этих добавлений.

Таблица определения количества подпиточной воды в зависимости от её жесткости.

Общая
мощность – Q, (Гкал/ч)
Жёсткость
подпиточной воды – ТН, (мг-экв.)
Максимальное количество
подпиточной воды – Vmax, (м³)
Q ≤ 0.1 Без ограничений Без ограничений
0.1< Q ≤ 0.35 100 Vmax = 3*Объём установки
0.35< Q 1.0 75
0.1< Q ≤ 0.35 > 100 Vmax = 0,313*(Q/ТН)
0.35< Q 1.0 > 75
1.0< Q ----

Если количество и жесткость воды не отвечают вышеперечисленным требованиям, необходимо использовать устройства для умягчения воды.

- химические процессы:

Умягчитель с натриевым обменом - Ионы кальция и магния, растворенные в воде, замещаются в соответствующем количестве ионами натрия.

Натриевый обмен приводится в действие ионо-обменными смолами, которые представлены в виде маленьких пористых шариков.

Однако нужно отметить, что сильно умягченная вода (0мг-экв. TH) становится агрессивной.

Элемент, ответственный за это - свободный углекислый газ. Следовательно, становится необходимой дополнительная водоподготовка с ингибиторами против коррозии.

Водоподготовка против отложения накипи

Если нет в наличии умягчителя, то необходимо применить водоподготовку против образования накипи. Для этого используются жидкие вещества, вводимые при помощи насосов-дозаторов или камер впрыска.

Существует много типов водоподготовки против образования накипи в зависимости от степени защиты, которую требуется обеспечить.

Устройства для водоподготовки дополнительно добавляют диспергаторы – это вещества, препятствующие отложению шлама (на трубах или на дне котлов, в радиаторах).

Контроль за водой в системе после водоподготовки

Контроль за водой в контурах:

Изменение параметров воды контура по отношению к параметрам введенной подпиточной воды позволит выявить возможные аномалии.

Таким образом:

  • pH закрытого контура с водоподготовкой в общем случае принимает значения от 9 до 10, исключая случай присутствия алюминия или сплавов алюминия.
  • Снижение TH и TAC по отношению к подпиточной воде указывает на образование осадка ионов кальция в форме шлама или накипи.
  • Наличие TH или излишка хлоридов при применении умягчителя воды говорит о его неработоспособности.
  • Наличие растворенного железа или меди и особенно увеличение их концентраций с течением времени указывает на коррозию соответствующих металлов.
  • Значительное содержание хлоридов и повышенная проводимость обозначают повышенную концентрацию растворенных солей, что может быть вызвано потерями воды за счет испарения.
  • Повышенное содержание бактерий обозначает размножение микроорганизмов с образованием, в общем случае, накипи, появлением запахов и повышением риска коррозии.
  • Низкий pH при наличии антифризной добавки указывает на ее разложение в виде кислот.

В дополнение к трем физическим величинам, характеризующим воду для наполнения, то есть pH, TH и удельной проводимости, добавляется:

  • TAC, который измеряет концентрацию бикарбонатов в воде. Он указывает на склонность воды к образованию накипи.
  • Содержание растворенных металлов (железо, медь, алюминий), увеличение которого указывает на коррозию соответствующих металлов.
  • Содержание хлоридов, которое может указывать на загрязнение паяльными флюсами.

Все эти величины позволяют произвести диагностику воды в контуре.