Подпиточная вода в теплосетях: нормы и требования к качеству

Водопроводная вода может негативно влиять на коммуникации и трубы. Из-за высокого содержания газов, взвеси и солей в трубах образуется накипь, возникает коррозия, уменьшается проходное сечение. Чтобы продлить срок службы трубопровода, используется подпиточная вода.

Подпиточная вода и ее особенности

Подпиточная вода — это специально подготовленная среда для восполнения потерь в системах водо- и теплоснабжения. Она должна соответствовать ГОСТ и содержать строго определенное количество примесей. Только в этом случае удастся предотвратить образование шлама и появление накипи.

Дистилляция — не выход

Подпиточную воду проверяют на соответствие техническим, а в некоторых случаях — санитарно-гигиеническим требованиям. Воду не подвергают полной дистилляции — процедуре, когда из среды полностью удаляют соли. Для технических нужд такой процесс очистки слишком дорогостоящий. Для водопроводной воды дистилляция неприемлема, потому что дистиллированная вода негативно влияет на здоровье. Поэтому для подготовки среды применяют другие технологии очистки, менее радикальные.

Подпиточная вода должна содержать такое количество солей и других веществ, чтобы на поверхности труб максимально медленно происходили процессы отложения накипи, появления коррозии, образования шлама. Накипь в какой-то степени может защитить внутреннюю часть трубопровода от коррозии. Однако она тоже имеет свои негативные стороны. Образование накипи приводит в дальнейшем к уменьшению проходного сечения труб и локальному пережогу отдельных трубок в котельных установках.

Полностью остановить процессы коррозии и образования накипи можно, только подвергнув воду дистилляции. Однако при очистке воды ориентируются не на полное устранение проблем — важно прийти к экономически целесообразному решению. Дистилляция технической воды — это дорого и не окупается в отдаленной перспективе. Дешевле через несколько лет сменить трубы, чем постоянно использовать только полностью очищенную от солей среду.

Требования к среде

Незначительный слой накипи, который образуется на поверхности труб в результате постоянного использования коммуникаций, может предотвратить преждевременную коррозию. Это тоже продлевает срок службы труб. Поэтому среду не очищают полностью от солей — это производится до допустимых пределов. Уровень очистки зависит от водно-химических режимов в контурах котла и температуры среды в трубопроводе.

Чем больше температура среды, тем быстрее происходят процессы отложения солей и коррозия. Также на скорость разрушения трубопроводов влияет давление в трубах. Система под высоким давлением, в которой циркулирует горячая вода, быстрее выйдет из строя, чем коммуникации с холодной водой, где давление незначительное.

Как происходит отложение солей? Весь процесс можно объяснить разложением двууглекислых солей магния и кальция. В результате химической реакции образуются монокарбонаты, которые выпадают в осадок и откладываются на стенках труб. На поверхности образуется твердая корка, которую невозможно убрать естественным способом. Наиболее твердую корку дает углекислый кальций.

Как характеризуется жесткость воды

Жесткость воды бывает трех видов:

Карбонатная жесткость воды считается временной, некарбонатная — постоянной. Суммарная жесткость — это сумма двух показателей (постоянной и временной жесткости). Временную жесткость определяют, оценивая количество бикарбонатов. Она зависит от содержания в среде солей магния и кальция, которые разлагаются при нагревании. Постоянная жесткость также определяется содержанием солей кальция и магния, но речь идет о труднорастворимых в воде солях.

При подготовке среды учитывают все виды солей. В расчет берется постоянная и временная жесткость, а также суммарный показатель.

Коррозия труб происходит из-за газов, которые содержатся в среде. Процесс окисления трубопроводов и оборудования запускают:

• кислород;
• соли серной и соляной кислот;
• двуокись углерода.

Кислород содержится в самой среде. При прохождении среды по трубам он контактирует со стальной поверхностью, соединяется с металлом и вызывает коррозию. Для предотвращения окисления замеряют содержание кислорода в воде.

Содержание двуокиси углерода зависит от содержания в воде карбоната кальция. Защитная карбонатная пленка на поверхности труб может предотвратить разрушение металла. Если содержание карбоната кальция низкое, процесс окисления протекает достаточно быстро. Вода считается коррозионно-агрессивной при низкой содержании карбоната кальция. Одновременно именно карбонат кальция вызывает отложение накипи на поверхности труб. При переизбытке солей кальция вода становится коррозионно-неагрессивной. Но при этом возникает риск уменьшения проходимости трубопровода.

Отдельно стоит сказать о сульфатах и хлоридах. Ранее они считались безопасными для металла. Сегодня уже известно, что хлориды и сульфаты являются катализаторами коррозии и также могут способствовать разрушению металлов. Более того, вещества с содержанием сульфатов и хлоридов разрушают карбонатную пленку (накипь), которая в естественных условиях не подвержена разрушению. После разрушения пленки процессы коррозии ускоряются, происходит быстрое разрушение труб.

Если раньше хлориды и сульфаты не замеряли, то сегодня показатели по содержанию таких веществ обязательно указывают в технической документации. Если не следить за составом среды, углекислотная и кислородная коррозия быстро разрушит трубопроводы. Решить проблему извне будет крайне сложно. В подпиточной воде углекислый газ не должен содержаться вообще. Однако эта проблема до сих пор не решена.

Влияние взвешенных частиц

Взвешенные частицы в воде также влияют на работу трубопроводов. Если кислород и углерод запускают коррозию, а соли вызывают отложение налета, то взвешенные частицы вызывают отложение ила и грязи. Постепенно в трубопроводах, радиаторах, трубках подогревателей возникает засор. Коммуникации перестают выполнять свое основное назначение.

В подпиточной воде, предназначенной специально для теплосетей, содержание таких частиц не должно превышать 5 мг/л. Это вполне допустимая норма — в таком количестве взвешенные частицы не откладываются в коммуникациях. Засор происходит крайне редко. Если вода не соответствует нормам ПТЭ, то проблемы возникнут очень быстро. Очищать радиаторы и трубопроводы крайне сложно — это потребует дополнительных расходов. Часть расходов придется понести потребителям.

Нормы ПТЭ и ГОСТ

Состояние технической воды для теплосетей прописано в ПТЭ — правилах технической эксплуатации тепловых станций и сетей. Если вода предназначена для питья и поступает в жилые помещения, то требования к ее качеству можно найти в ГОСТ 2874-73. Даже в технической воде должны отсутствовать вредные для здоровья вещества и примеси. Если система имеет водоразбор, то среда должна отвечать строгим санитарно-гигиеническим требованиям.

В жилых домах системы теплоснабжения имеют непосредственный водоразбор. Следовательно, среда в таких системах должна проходить санитарно-гигиеническую проверку. Согласно ГОСТ 2874-73 регламентируется вкус, цвет, запах, химический состав и прозрачность среды. В стандарте прописано содержание взвешенных частиц, хлоридов, железа, минеральных солей, сульфатов, солей кальция и магния. Также установлено строгое требование к максимальной жесткости воды. Жесткость такой среды не должна превышать 7 мг-экв/л.

Лишенная солей (дистиллированная) вода запрещена к использованию. Уже проанализировано влияние такой среды на состояние здоровья человека. Дистиллированная вода нарушает работу желез внутренней секреции и вызывает проблемы с пищеварением. Для осветления и очистки воды иногда применяются специальные составы. Содержание таких составов регламентировано. В ГОСТ указано максимально допустимое содержание таких средств в воде.

Вода, которую используют только для технических нужд, не осветляется. В средах, которые используют только для теплоснабжения, допускается иное содержание сульфатов, солей магния и кальция, хлоридов и взвешенных частиц. Однако, чем выше температура среды, тем ниже допустимое содержание примесей. Температура среды влияет на скорость протекания процессов.

Борьба с коррозией, шламом, накипью

Шлама, накипи и коррозии в системах теплоснабжения избежать очень сложно. Для продления срока службы трубопроводов можно:

• Использовать для систем теплоснабжения трубы, которые устойчивы к коррозии и образованию накипи.
• Снизить коррозионную активность среды.
• Использовать для защиты внутренней поверхности труб специальные защитные пленки.

Также для защиты труб используется метод деаэрации, когда из системы удаляется лишний воздух. Возможно и связывание окислителей с помощью химических веществ — реагентов. Эти методы используются в комплексе с другими способами борьбы с коррозией. Снижение до минимума содержания солей нецелесообразно. В котельных устанавливаются деаэраторы вакуумного и атмосферного типов, используется также естественная деаэрация.

Для удаления углекислого газа из системы производится силикатирование среды, обработка воды щелочными реагентами и сульфитом натрия. После очистки среда проходит тщательную проверку.

РД 34.37.504-83 Нормы качества подпиточной и сетевой воды тепловых сетей

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

ГЛАВНОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОСИСТЕМ

НОРМЫ КАЧЕСТВА
ПОДПИТОЧНОЙ И СЕТЕВОЙ ВОДЫ
ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

РАЗРАБОТАНО Всесоюзным дважды Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательским институтом им. Ф.Э. Дзержинского

ИСПОЛНИТЕЛИ А.А. ПШЕМЕНСКИЙ, С.А. КЛЕВАЙЧУК

УТВЕРЖДЕНО Главным техническим управлением по эксплуатации энергосистем Минэнерго СССР 29.09.83

Главный инженер В.В.НЕЧАЕВ

НОРМЫ КАЧЕСТВА
ПОДПИТОЧНОЙ И СЕТЕВОЙ ВОДЫ
ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Срок действия установлен

с 01.07.84 г.
до 01.07.2004 г.

(Измененная редакция, Изм. № 1, № 2).

(Вступительная часть отменена, Изм. № 3).

1. НОРМЫ КАЧЕСТВА ПОДПИТОЧНОЙ ВОДЫ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ И ЗАКРЫТЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

1.1. Нормы качества подпиточной воды
для различных температур нагрева сетевой воды 1

Тип системы теплоснабжения

Карбонатный индекс* И_к (г-экв/м 3 ) 2 при температуре сетевой воды, ° С

* И_к — предельное значение произведения общей щелочности и кальциевой жесткости воды, выше которого в водогрейном режиме протекает карбонатное накипеобразование с интенсивностью более 0,1 г/(м 2 × ч)

** Только для сетевых подогревателей

1 При силикатной обработке подпиточной воды определение предельных концентраций кальция и сульфатов проводится с учетом температуры воды в разверенной трубе (+20 ° С) и превышения температуры воды в пристенном слое воды (+20 ° С): Т_с +20 +20 ° С и суммарной концентрации сульфатов и кремниевой кислоты.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.2. Нормы качества подпиточной воды для водогрейных котлов
с нагревом от 70 до 150 °С и сетевых подогревателей
с нагревом от 70 до 200 °С

Тип системы теплоснабжения

Растворенный кислород, г/м 3

Свободная углекислота, г/м 3

Взвешенные вещества, г/м 3

Масла и нефтепродукты, г/м 3

* Верхний предел рН достигается только при глубоком умягчении для предотвращения выпадения углекислого кальция (СаСО₃).

(Измененная редакция, Изм. № 1, № 2).

2. НОРМЫ КАЧЕСТВА СЕТЕВОЙ ВОДЫ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ И ЗАКРЫТЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

2.1. Нормы качества сетевой воды
для различных температур ее нагрева

Карбонатный индекс И_к (г-экв/м 3 ) 2 при температуре сетевой воды, ° С

* Для эксплуатируемых систем теплоснабжения, питаемых натрийкатионированной водой, карбонатный индекс не должен превышать 0,5 (мг-экв/дц 3 ) 2 для температур нагрева сетевой воды 121-150 ° С и не более 1,0 (мг-экв/дц 3 ) 2 переход на комбинированную схему водоприготовления.

** Только для сетевых подогревателей

(Измененная редакция, Изм. № 1, № 2).

2.2. Нормы качества сетевой воды для водогрейных котлов
в диапазоне температур от 70 до 150 °С и сетевых
подогревателей 70-200 °С

Тип системы теплоснабжения

Растворенный кислород, г/м 3

Свободная углекислота, г/м 3

Щелочность по фенолфталеину, г-экв/м 3

Взвешенные вещества, г/м 3

Масла и тяжелые нефтепродукты,

* По согласованию с санэпидстанцией возможно 0,5 г/м 3 .

** Верхний предел — при глубоком умягчении воды

Примечание. Для поддержания заданного содержания железа в сетевой воде следует предусмотреть установку для коррекции значения рН в указанных пределах

(Измененная редакция, Изм. № 1, № 2).

3. ТРЕБОВАНИЕ К ВОДНОМУ РЕЖИМУ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

3.1. Допускается разверка температур сетевой воды в отдельных трубах водогрейного котла не более 20 °С.

3.2. Использование для подпитки тепловых сетей продувочной воды паровых котлов или отмывочной воды ионитных фильтров не рекомендуется.

3.3. Присадка гидразина и других токсичных веществ в подпиточную и сетевую воду запрещается.

3.4. Обработка добавочной воды тепловых сетей проводится одним из следующих способов:

— известкованием с последующей коррекцией значения рН;

— Н-катионированием в «голодном режиме» регенерации,

Допускается комбинирование указанных способов с Na-катионированием части обработанной воды (см. РД 34.37.506-88).

1 Рекомендуется подщелачивание.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

3.4.1. Выбор схемы обработки добавочной воды должен определяться значением карбонатного индекса при различных вариантах значений общей щелочности и кальциевой жесткости для данной температуры нагрева в теплофикационном оборудовании.

Комбинированные схемы обработки подпиточной воды позволяют учитывать сезонный характер работы теплофикационного оборудования.

Например, для рек Днепр и Северная Двина при нагреве воды до температуры, не превышающей 110-120 °С, возможно применение 100 %-ного подкисления серной кислотой на протяжении значительной части отопительного сезона. При температуре нагрева выше этой температуры необходима дополнительная обработка части подкисленной воды Na-катионированием.

Возможно применение известкования воды с последующими коррекцией значения рН подкислением и Na-катионированием части известкованной воды.

3.4.2. При осуществлении комбинированных схем водообработки и нагреве воды выше 120 °С значение щелочности подпиточной воды целесообразно поддерживать в пределах от 2,0 до 0,4 г-экв/м 3 по РД 34.37.506-88.

(Измененная редакция, Изм. № 1, № 2).

3.4.3. Применение Na-катионирования добавочной воды как единственного способа обработки не рекомендуется.

3.5. При коррекционной обработке подпиточной воды открытых систем теплоснабжения силикатами их содержание не должно превышать 50 мг/дм 3 в пересчете на SiO₂.

Значения рН при этом следует поддерживать в интервале от 8,3 до 9,0. Для закрытых систем теплоснабжения значения рН должны быть в интервале от 8,3 до 9,5. Коррекционную обработку подпиточной воды щелочными реагентами для регулирования рН на указанных уровнях следует проводить в тех случаях, когда после силикатной обработки при налаженной работе ВПУ коррозионная активность не снижается.

(Измененная редакция, Изм. № 1, № 3).

3.6. При давлении воды в водогрейных котлах, меньшем 2,0 МПа и нагреве воды до 150 °С для предотвращения интенсивного накипеобразования целесообразно поддерживать номинальные значения скорости движения воды и максимальное давление воды по условию эксплуатации водогрейных котлов.

Расчет предельной концентрации кальция при максимальной температуре нагрева воды в разверенных трубах водогрейного котла следует производить с учетом температуры пристенного слоя воды.

Например, температура нагрева воды 150 °С, разверка температур воды 20 °С, превышение температуры пристенного слоя воды над ее средней температурой 20 °С. Максимальную расчетную температуру следует принимать равной 190 °С. Произведение растворимости Са S0₄ для этой температуры 0,4 ×10 -6 . Концентрацию сульфатов необходимо принимать с учетом дозы серной кислоты, эквивалентной устраненной части щелочности исходной воды при ее подкислении. При расчете предельной концентрации кальция приближенное значение квадрата коэффициента активности можно принять 0,5 ( приложение 1).

При силикатной обработке подпиточной воды предельная концентрация кальция должна определяться с учетом суммарной концентрации не только сульфатов (для предотвращения выпадения Са S0₄), но и кремниевой кислоты (для предотвращения выпадения CaSiO₃) для заданной температуры нагрева сетевой воды с учетом ее превышения в пристенном слоетруб котла на 40 °С.

(Измененная редакция, Изм. № 2, № 3).

3.7. Химическую очистку поверхностей нагрева водогрейных котлов следует производить при наличии отложений, количество которых превышает удельную загрязненность 1 кг/м 2 , а сетевых подогревателей — при температурном напоре, значение которого регламентируется районными энергетическими управлениями.

3.8. Периодичность химического контроля: содержания кислорода, свободной углекислоты, общей щелочности, щелочности по фенолфталеину, кальциевой или общей жесткости, значения рН в подпиточной и сетевой воде — регламентируется РД 34.37.506-88; содержания железа, взвешенных веществ, масла в сетевой воде — по усмотрению районных энергетических управлений.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

3.9. По окончании отопительного сезона или при остановке водогрейные котлы должны быть законсервированы путем заполнения их деаэрированной очищенной водой по имевшейся схеме ее обработки или консервирующим раствором. натрия со сменой его через 30 суток.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

3.10. В начале отопительного сезона и в послеремонтный период допускается превышение норм в течение 4 недель для закрытых систем теплоснабжения и 2 недель для открытых систем по содержанию соединений железа — до 1,0 мг/дм 3 , растворенного кислорода — до 30 мкг/дм 3 и взвешенных веществ — до 15 мг/дм 3 .

При открытых системах теплоснабжения по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы допускается отступление от ГОСТ 2874-82 по показателям цветности до 70 ° и по содержанию железа до 1.2 мг/дм 3 на срок до 14 дней в период сезонных включений эксплуатируемых систем теплоснабжения, присоединения новых, а также после их ремонта.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

3.11. Основные показатели качества воды следует определять по методикам, приведенным в справочном приложении 2 «Инструкции по анализу воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве» (М.: Энергия, 1979). и нормативными документами, издаваемыми взамен указанной инструкции (ОСТ 34-70-953.1-88 — ОСТ 34-70-953.6-88 и другими нормативными документами).

(Измененная редакция, Изм. № 1, № 2).

3.12. Качество подпиточной воды открытых систем теплоснабжения (с непосредственным водоразбором) должно удовлетворять также требованиям ГОСТ 2874-82 к питьевой воде. Подпиточная вода для открытых систем теплоснабжения должна быть подвергнута коагулированию для удаления из нее органических примесей, если цветность пробы воды при ее кипячении в течение 20 мин увеличивается сверх нормы, указанной в ГОСТ 2874-82.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

3.13. Требования к выбору схем водоподготовки и воднохимическому режиму обеспечивающему надежную эксплуатацию оборудования установлены РД 34.37.506-88 «Методические указания по водоподготовке и водно-химическому режиму водогрейного оборудования и тепловых сетей».

(Введен дополнительно, Изм. № 1).

Приложение 1

(Измененная редакция, Изм. № 1, № 2).

ПРИМЕР РАСЧЕТА
ПРЕДЕЛЬНОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ КАЛЬЦИЯ
ПРИ ОБРАБОТКЕ ДОБАВОЧНОЙ ВОДЫ ПО КОМБИНИРОВАННОЙ СХЕМЕ

(прямое подкисление серной кислотой
с Na-катионированием части подкисленной воды)

Расчет ведется для водогрейного котла при необходимости повышения подогрева от 120 до 150 °С.

Показатели качества исходной воды (г-экв/м 3 ):