1. Мероприятия по организации водно-химического режима систем теплоснабжения в переходные периоды эксплуатации

На Украине отопительный сезон длиться ~ 6 мес., после чего предприятия теплоснабжения переходят в режим длительного остановочного ремонта. Водно-химический режим систем теплоснабжения в предостановочный, межсезонный и пусковой периоды эксплуатации отличается рядом особенностей, пренебрежение которыми оказывает значительное негативное влияние на последующую эксплуатацию этих систем. К этим особенностям, в частности,  относятся: необходимость создания условий для пассивации поверхностей в предостановочный период с целью их подготовки к длительному межсезонному простою; возможность и актуальность межсезонной обработки ионитов в фильтрах с целью восстановления рабочих характеристик и консервации ионитов для длительного простоя ; угроза интенсивного накипеобразования при пуске системы после длительного простоя и др. 

 1.1. Ведение водно-химического режима систем теплоснабжения в предостановочный период эксплуатации с целью последующего обеспечения защиты теплотрасс от различных видов стояночной коррозии (Технология и реагенты)

Проблема защиты сетей от различных видов коррозии в период межсезонного простоя хорошо известна. Предлагается технология специальной обработки сетевой воды, осуществляемая непосредственно перед окончанием отопительного сезона. Технология основана на применении реагентной композиции, обладающей пленкообразующими, бактерицидными и пассивирующими свойствами.

Компоненты, входящие в состав композиции, сорбируются на поверхности металла и в условиях низких температур длительное время не смываются с этой поверхности, что и объясняет их пролонгированное защитное действие. Реагенты могут применяться как в отрытых схемах тепловых сетей, так и ГВС.

 

 1.2. Технология и реагенты для защиты систем теплоснабжения от накипи и коррозии в пусковой период эксплуатации и при грубых нарушениях качества подпиточной и сетевой воды

При пуске систем отопления, в течение относительно короткого промежутка времени, в котлы направляется сетевая вода с содержанием железа, многократно превышающим его значения в течение последующего периода эксплуатации. Количество железо - окисной накипи, образовавшейся за первые 15-20 суток после пуска, может быть больше её количества, образующегося за весь последующий период отопительного сезона.

 Применение специально подобранных композиций реагентов обеспечивает поддержание без накипного режима работы котлов в этот период эксплуатации. Состав композиций учитывает и вероятность грубых нарушений качества сетевой воды по солям жесткости, которые часто имеют место в пусковой период эксплуатации,.

 1.3. Межсезонная восстановительная консервация ионитов в фильтрах ВПУ тепловых сетей

Изучены причины появления случаев значительного ухудшения рабочих характеристик ионитных фильтров, при включении их в работу после многомесячного простоя. Разработана технология консервации ионитных фильтров, обеспечивающая не только сохранение рабочих характеристик ионитов в период длительного межсезонного простоя, но и существенное улучшение этих характеристик в процессе консервации. Применение технологии позволяет снизить затраты на приобретение новых ионитов, уменьшить потребность ВПУ в соли и воде на собственные нужды. Технология основана на использовании, возникающей в межсезонный период, возможности длительного контакта растворов реагентов с фильтрующим материалом, загруженным в остановленные фильтры.

 1.4. Диспергирующие присадки для химической очистки поверхностей нагрева котлов от отложений

Разработаны технологии  промывки композициями различных  реагентов в смеси с диспергирующими присадками. Добавление диспергирующих присадок к различным реагентам, применяемым для химической очистки поверхностей котлов от отложений (в том числе и к растворам кальцинированной соды) значительно повышает эффективность этих реагентов при удалении накипей сложного состава. Причем в связи с тем, что отложения удаляются преимущественно в виде мелкодисперсной взвеси, расход реагентов на промывку становится значительно ниже их стехиометрического количества, что позволяет удалять накипи, имеющие большую толщину, небольшим расходом реагентов.

 

 2. Мероприятия по повышению экономичности и эффективности работы существующих химводоподготовок котельных

 

2.1. Эксплуатация натрий - катионитных фильтров с использованием «балластного»  ионообменного потенциала товарных катионитов гелевой структуры

Фильтры водоподготовительных установок (ВПУ) большинства предприятий загружены катионитом гелевой структуры КУ-2-8 или его зарубежными аналогами. Как известно, товарные иониты гелевой структуры отличаются широким спектром кинетических характеристик. Т.е. различной способностью функциональных групп ионита к участию в реакциях ионного обмена. Особенно наглядно наличие широкого спектра кинетических характеристик этих ионитов демонстрируется расхождениями между декларируемыми в технических условиях значений динамической (ДОЕ) и полной статической (ПСОЕ) обменной емкости. Так для катионита  КУ-2-8 (производства ЧПО «Азот») величина ДОЕ регламентируется ≥ 500 г-экв/м3, ( по факту может достигать 800 г-экв/м3), а величина ПСОЕ регламентируется ≥ 1800 г-экв/м3 (по факту может достигать 2400 г-экв/м3). 

ДОЕ является показателем, определяющим возможные величины рабочей обменной емкости (РОЕ). Следовательно, техническими условиями заранее декларируется, что полезно может быть использовано только 25-35% от величины располагаемого ионообменного потенциала данного ионита. Известно, что остальной ионообменный потенциал не просто не используется, а является вредным балластом, обуславливающим необходимость как повышенных расходов реагентов на регенерацию,  так и воды на отмывку ионита от продуктов регенерации.

Разработаны, апробированы и предлагаются к реализации технические решения, обеспечивающие возможность использования балластного ионообменного потенциала катионитов. Реализация этих решений на практике обеспечивает радикальное снижение расхода соли на регенерацию и воды на собственные  нужды фильтров ХВО. Реализация решений не требует сколь-либо значительной реконструкции существующих ХВО, что обуславливает малые сроки внедрения, низкие капитальные затраты и, соответственно, быструю окупаемость этих затрат.

 

2.2. Комбинированная противонакипная реагентно - ионитная подготовка подпиточной воды

Техническая суть разработанной технологии заключается в том,  что весь объем подпиточной воды разделяется на два потока: первый поток (~ 80-90% от общего расхода подпиточной воды) непрерывно обрабатывается специально подобранной композицией реагентов для противонакипной и противокоррозионной обработки воды, что является основной обработкой; второй поток подпиточной воды (~ 10-20% от её расхода) периодически направляется на водоподготовительную установку, предназначенную для ионообменного регулирования солевого состава сетевой воды и является дополнительной (вспомогательной) обработкой.

В процессе основной реагентной обработки подавляются процессы карбонатно-кальциевого и сульфатно-кальциевого накипеобразования, ингибируются коррозионные процессы.

 Основное  назначение вспомогательной обработки -  растворение свежеобразовавшейся на теплопередающих поверхностях котлов накипи, а также корректирование состава сетевой воды, обеспечивающего повышение эффективности применяемой реагентной обработки. Необходимость во  вспомогательной  обработке возникает при обнаружении некоторой тенденции заноса поверхностей котлов отложениями (определяется по факту роста гидравлического сопротивления котла), а также в случаях, когда по результатам химического контроля фиксируется необходимость усиления применяемой реагентной обработки.

 

2.3. Технология селективного ионного обмена

Предлагаемая технология имеет преимущества не только по сравнению с применяемой на большинстве предприятий сегодня прямоточным ионированием, но и с другим, более прогрессивным вариантом ионообменного умягчения воды – противоточным натрий - катионированием, в том числе и наиболее известным его вариантом – технологией UPCORE.

Сравнение технико-экономических показателей технологии селективного натрий - катионирования с существующим и другими вариантами технологических схем ВПУ приведено в прилагаемой ниже таблице. Приведенные в таблице результаты получены путем выполнения технологических расчетов работы ХВО в соответствии с действующими нормативами. Уровень цен на материалы и энергоресурсы взят по аналогии с другими предприятиями.

Сравнение технико - экономических показателей различных технологий натрий - катионирования воды

 

Определяемый показатель Технология натрий - катионирования
Прямоточное (существующая технология) Противоточное Селективное
Производительность по ХОВ (м3/час) 20 20 20
Жесткость воды перед натрий -катионитными фильтрами (мг-экв/л) 6,0 6,0 6,0
Годовой расход осветленной воды на собственные нужды (м3/год) 13400 10700 6400
Сокращение объема сточных вод после ВПУ (м3/год/%) ----- 2700/20 7000/52
Годовой расход соли на регенерацию (т/год) 190 134 134
Степень обезжелезивания (%) 0-20 0-20 >70


                   Исходя из приведенных в таблице сведений, целесообразность применения предлагаемой технологии взамен существующей не вызывает сомнения (экономия средств на приготовление ХОВ, ~ 2-х - кратное сокращение объема сбросов, срок окупаемости затрат не более двух лет, на фильтрах ХВО появилась дополнительная функция – возможность обезжелезивания и т.д.).

 

3. Инновационные технологии удаления коррозионно-агрессивных газов из подпиточной и сетевой воды нетермическими методами 

3.1. Дополнение стандартных натрий-катионитных фильтров водоподготовительных установок функциями обескислораживания обрабатываемой воды 

Разработана  технология, обеспечивающая перевод стандартных  натрий -катионитных фильтров в электронно - ионнообменные фильтры. При этом одновременно обеспечивается как глубокое умягчение обрабатываемой воды, так и  её обескислороживание.

Реализация технологии возможна при наличии двух - ступенчатой схемы ВПУ. Для реализации этой технологии изменяется обвязка фильтров первой ступени, которые оборудуются средним и верхним ДРУ специальной конструкции. Кроме того в фильтры первой ступени  дополнительно к катиониту досыпается специальный сорбент, обеспечивающий физическую десорбцию растворенных газов  из очищаемой воды.Таким образом, верхний слой загрузки фильтров первой ступени выполняет функции узла грубой дегазации, в следствие чего на остальную часть фильтрующей загрузки фильтров первой и второй ступени поступает вода, остаточная концентрация кислорода в которой в ~ 5 раз ниже его растворимости при данной температуре.

Изменения в эксплуатации заключаются в периодическом добавлении  специальной присадки в регенерационный раствор соли. Периодичность ввода присадки определяется суммарной длительностью фильтроцикла в качестве натрий-фильтров 1-й + 2-й ступеней натрий-катионирования и содержанием кислорода в обрабатываемой воде.

Стоимость присадки ~ 2,5 раза ниже стоимости реагентов для химического обескислороживания.  Расход присадки  составляет  ~3 мг на 1 мг кислорода исходной воды, что ~ 2,5 раза ниже расхода реагентов на основе сульфида натрия. 

Зарубежный опыт применения современных методов защиты систем теплоснабжения от накипи и коррозии свидетельствует, что средний срок эксплуатации централизованных тепловых сетей составляет 30-50 лет и более, что ~ в 8-10 раз выше, чем в среднем по Украине. Кроме значительного увеличения затрат на  ремонт и замену теплотрасс, их коррозия приводит к ещё более значительным экономическим потерям связанным с заносом поверхностей теплогенерирующего оборудования отложениями. Согласно оценкам зарубежных исследователей /1/, перерасход топлива,  в зависимости от состояния поверхностей теплогенераторов, может составлять 10% и более от отпускаемой тепловой энергии.