Показатели качества сетевой и подпиточной воды

Наиболее полно современные требования к качеству сетевой и подпиточной воды централизованных систем теплоснабжения изложены в ПТЭ [1 ]. В сетевой воде свободная угольная кислота должна отсутствовать; значение pH для открытых систем теплоснабжения - 8,3-9,0; закрытых - 8,3-9,5; содержание соединений железа -0,3 или 0,5 мг/дм3 соответственно для открытых и закрытых систем; содержание растворенного кислорода - не более 20 мкг/дм3; количество взвешенных веществ - не более 5 мг/дм3; содержание нефтепродуктов соответственно 0,1 или 1,0 для открытых и закрытых систем теплоснабжения. По согласованию с санитарными органами содержание соединений железа в открытых системах теплоснабжения допускается 0,5 мг/дм3.

Качество воды для подпитки закрытых тепловых сетей должно удовлетворять следующим нормам: свободная угольная кислота должна отсутствовать; значение pH - 8,3-9,5; содержание растворенного кислорода - не более 50 мкг/дм3; количество взвешенных веществ - не более 5 мг/дм3; содержание нефтепродуктов - не более 1,0 мг/дм3. Качество подпиточной воды открытых систем теплоснабжения (с непосредственным водоразбором) должно удовлетворять действующим нормам для питьевой воды. Значение pH должно быть в диапазоне 8,3-9,0.

Верхний предел значений pH для вод обоего типа допускается только при глубоком умягчении, нижний - с разрешения энергосистемы может корректироваться в зависимости от интенсивности коррозионных явлений в оборудовании и трубопроводах системы теплоснабжения.

Изложенные выше требования не содержат положений, ограничивающих использование технической воды в закрытых тепловых сетях, не оговорены условия деаэрации воды. В то же время, в соответствии с [2, п. 6.15] качество исходной воды для открытых и закрытых систем теплоснабжения должно отвечать требованиям СанПиН [3] и ПТЭ [1], а техническую воду можно использовать при наличии «термической» деаэрации. Под этим термином, очевидно, подразумевается деаэрация при температуре выше 100 ОC. Такая же деаэрация необходима для обеспечения эпидемической надежности горячей воды при открытых системах теплоснабжения [4, п. 2.4].

В соответствии с приведенным выше, широко используемые в настоящее время вакуумные деаэраторы должны применяться только в закрытых тепловых сетях при условии использования для их подпитки воды питьевого качества. Это требование выполняется на большинстве котельных, обычно использующих воду питьевого качества. На ТЭЦ такой вариант встречается крайне редко.

Для преодоления указанного ограничения предлагается подпиточную воду после вакуумных деаэраторов нагревать в теплообменниках до температуры не ниже 100 ОC с последующим при необходимости ее охлаждением [5]. Такой вариант работы рекомендуется и для открытых систем теплоснабжения при подпитке их технической водой. Однако документов, регламентирующих возможность такой работы, нет.

Для обеспечения условий, при которых карбонатное накипеобразование протекает с интенсивностью не более 0,1 г/(м2.ч), предельное значение карбонатного индекса (произведение общей щелочности и кальциевой жесткости) сетевой воды (Икс) не должно превышать значения, зависящего от типа теплообменного оборудования (водогрейные котлы или сетевые подогреватели), температуры нагрева сетевой воды и ее pH [1, табл. 4.3 и 4.4].

В этих таблицах приведены значения Икс при рН 9,2, однако верхний предел pH не указан. В то же время отмечено, что для закрытых систем теплоснабжения с разрешения энергосистемы верхний предел значения рН допускается не более 10,5 при одновременном уменьшении значения карбонатного индекса до 0,1 (мг-экв/дм3)2. При этом не указано, для какого диапазона температур и pH правомерно последнее положение.

Значения Икп подпиточной воды открытых систем теплоснабжения должны быть такими же, как нормативные значения Икс.

Значение Икп подпиточной воды для закрытых систем теплоснабжения должно быть таким, чтобы обеспечить нормативное значение Икс с учетом доли присосов водопроводной воды [1].

Доля реальных присосов водопроводной воды определяется по формуле, %:

α=(Жс-Жп)/(Жв-Жс)-100%, (1)

где Жс, Жп и Жв - общая жесткость соответственно сетевой, подпиточной и водопроводной воды, мг-экв/дм3.

Значение Икп подпиточной воды рекомендуется определять по формуле:

Икп=Икс/( 1+0,01 а). (2)

Структура этой формулы показывает, что в ней абсолютно не учитывается фактическое содержание кальция и щелочности в подпиточной и водопроводной воде. В соответствии с определением понятия карбонатный индекс, Икп подпиточной воды равен:

Икп=Сап.Щп, (3)

а значения Сап и Щп определяются по соответствующим балансам:

Сап+0,01α-Сав=(1+0,01α)-Сас, (4)

Щп+0,01α-Щв=(1+0,01α)-Щс, (5)

где Сап, Сав и Сас - кальциевая жесткость соответственно подпиточной, водопроводной и сетевой воды, мг-экв/дм3; Щп, Щв и Щс - щелочность соответственно подпиточной, водопроводной и сетевой воды, мг-экв/дм3.

Как показали выполненные ранее расчеты [6, 7], использование формулы (2) для определения Икп и Сап приводит к значительному завышению их значений. В качестве примера на рисунке представлены значения Сап при Икс=0,9 (мг-экв/дм3)2, разных составах водопроводной воды и методах подготовки подпиточной воды в зависимости от доли присосов. Проанализированы три наиболее распространенные технологии подготовки подпиточной воды: натрий- и водород-катионирование с голодной регенерацией катионита (Hг-катиони-рование) водопроводной (коагулированной) воды (варианты Аи Б на рисунке), а также натрий-кати-онирование известково-коагулированной воды (вариантВ).

Расчет проводился следующим образом.

При известных значениях Щв и Щп (последняя зависит от метода водоподготовки) по уравнению (5) определяется Щс. Тогда допустимая кальциевая жесткость сетевой воды должна равняться:

Сас=Икс/Щс. (6)

При известных значениях Сас и Сав величина Сап определяется по уравнению (4).

Значение Сап в соответствии с методикой, предложенной в ПТЭ [1], определялось по преобразованной формуле (2):

Сап=Икс/[(1+0,01α)-Щп]. (7)

Приведенные на рисунке результаты подтвердили, что при расчете по рекомендациям ПТЭ [1] допустимые значения Сап значительно превышают фактически необходимое, особенно с увеличением минерализации и доли присосов водопроводной воды, и в ряде случаев (вариант А4) вообще не может быть обеспечено.

При высоких pH, минимальном значении Икс=0,1 (мг-экв/дм3)2 и подготовке подпиточной воды путем натрий-катионитного умягчения водопроводной воды средней минерализации (Щп=Щв=Щс=2,5 мг-экв/дм3) значение Сап по формуле (6) при а=1% должно быть 0,019 мг-экв/дм3. При а=2% и выше значение Сап по формуле (6) приобретает отрицательные значения, что свидетельствует о невозможности обеспечить указанное выше значение Икс=0,1 (мг-экв/дм3)2.

Следовательно, максимальная доля присосов должна быть ограничена величиной, при которой не превышается значение Икс сетевой воды при соответствующем качестве подпиточной воды, которое обеспечивается возможностью выбранного метода водоподготовки. В ПТЭ допустимое значение доли присосов не нормируется, а при отсутствии эксплуатационных данных рекомендуется принимать равной 10% (в ПТЭ ошибочно приведена цифра 105).

Подпиточная вода и потери сетевой воды

Особую актуальность нормирование присосов приобретает при снижении общих потерь сетевой воды. В настоящее время в целом ряде систем централизованного теплоснабжения потери сетевой воды значительно снизились и не превышают 0,1-0,15% от объема тепловой сети в час и менее. Зарубежный опыт свидетельствует о возможности их сокращения до 0,15% в сутки (около 0,006% в час). При таких показателях должна быть значительно сокращена абсолютная величина присосов за счет повышения уровня эксплуатации и использования более совершенных в этом плане пластинчатых теплообменников.

Значительные расхождения возникают при определении необходимой производительности установок подготовки подпиточной воды.

В соответствии с ПТЭ [1] среднегодовая утечка теплоносителя из водяных тепловых сетей должна быть не более 0,25% среднегодового объема воды в тепловой сети и присоединенных системах теплопотребления в час независимо от схемы присоединения (за исключением систем горячего водоснабжения, присоединенных через водоподогреватели). Сезонная норма утечки теплоносителя устанавливается в пределах среднегодового значения.

При определении утечки теплоносителя не должно учитываться количество воды на наполнение трубопроводов и систем теплопотребления при их плановом ремонте и подключении новых участков сети и потребителей, промывку, дезинфекцию, проведение регламентных испытаний трубопроводов и оборудования тепловых сетей. Для покрытия этих потерь производительность водоподготовительной установки (ВПУ) должна быть увеличена в среднем на 0,1-0,2%.

В результате максимальная производительность ВПУ не превышает 0,35-0,45% от указанного выше среднегодового объема воды в тепловой сети.

Кроме того, при проектировании ВПУ всегда закладывается резерв оборудования в размере от 25 до 100%.

В то же время согласно [2, п. 6.16] расчетный часовой расход воды для определения производительности водоподготовки и соответствующего оборудования для подпитки закрытых систем теплоснабжения принимается 0,75% от фактического объема воды в трубопроводах тепловых сетей и присоединенных к ним системах отопления и вентиляции зданий. Для непрерывной работы ВПУ с такой производительностью также необходим резерв оборудования в указанных выше пределах.

Кроме того, в соответствии с [2, п. 6.19] в закрытых системах теплоснабжения на источниках теплоты мощностью 100 МВт и более следует предусматривать установку баков запаса химически обработанной и деаэрированной подпиточной воды вместимостью 3% объема воды в системе теплоснабжения. Для крупных систем теплоснабжения необходимый объем таких баков достигает нескольких тысяч м3.

При этом для открытых и закрытых систем теплоснабжения должна предусматриваться дополнительно аварийная подпитка химически не обработанной и недеаэрированной водой, расход которой принимается в количестве 2% от объема воды в трубопроводах тепловых сетей и присоединенных к ним системах отопления и вентиляции [2, п. 6.17]. При наличии нескольких отдельных тепловых сетей, отходящих от коллектора теплоисточника, аварийную подпитку допускается определять только для одной наибольшей по объему тепловой сети. Для открытых систем теплоснабжения аварийная подпитка должна обеспечиваться только из системы хозяйственно-питьевого водоснабжения.

В рассматриваемых материалах не учитываются резервирующие возможности при работе нескольких источников теплоснабжения на единую теплосеть.

В результате на целом ряде котельных и ТЭЦ проектная производительность ВПУ значительно превышает фактическую потребность в под-питочной воде. Это приводит к нерациональному использованию оборудования, необоснованному увеличению затрат на выработку подпи-точной воды тепловой сети.

Необходима разработка единого подхода к решению этого вопроса.

Утилизация сетевой воды

Практически отсутствуют мероприятия по утилизации сетевой воды при ремонте трубопроводов. Рекомендации о том, что для уменьшения потерь сетевой воды и соответственно теплоты при плановых или вынужденных опорожнениях теплопроводов допускается установка в тепловых сетях специальных баков-накопителей, вместимость которых определяется объемом теплопроводов между двумя секционирующими задвижками [2, п. 6.26], фактически не реализуются. Допускается слив воды непосредственно из одного участка трубопровода в смежный с ним участок, а также из подающего трубопровода в обратный [2, п. 10.23], однако необходимые для этого мероприятия не оговорены.

Сетевая вода при опорожнении трубопроводов сбрасывается в канализации, хотя в большинстве случаев она не соответствует нормативным показателям общих свойств сточных вод, принимаемых в системы канализации населенных пунктов. Эти нормы установлены едиными для сточных вод всех категорий абонентов, исходя из требований к защите сетей и сооружений систем канализации, а именно: температура сточных вод -до 40 ОC, pH - от 6,5 до 8,5 [8, п. 4.5].

В одной статье сложно рассмотреть все противоречия и недостатки существующих нормативных документов и рекомендаций. Ее основная цель - показать необходимость их корректировки и согласования для обеспечения надежной и экономичной работы систем централизованного теплоснабжения.

Литература

1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. Министерство Энергетики РФ. М.: ЗАО «Энергосервис». 2003. - 368 с.

2. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. Государственный комитет Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу (Госстрой России). М. 2004.

3. СанПиН 2.14.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М. 2002.

4. Санитарные правила устройства и эксплуатации систем централизованного горячего водоснабжения № 4723-88. Государственное санитарно-эпидемиологическое нормирование РФ. М. 2001. 15 с.

5. Шарапов В. И. Подготовка подпиточной воды систем теплоснабжения с применением вакуумных деаэраторов. М.: Энергоатомиздат, 1996. 176 с.

6. Шищенко В.В., Пащенко Ю.Е., Бельский В.С. Влияние метода водоподготовки на величину карбонатного индекса подпиточной воды для тепловых сетей // Энергосбережение и водоподготовка. 2006. № 4. С. 14-16.

7. Шищенко В.В., Пащенко Ю.Е. Экологическая эффективность методов подготовки подпиточной воды теплосети //Новости теплоснабжения. 2006. № 7. С. 37-41.

8. МДК 3-01.2001. Методические рекомендации по расчету количества и качества принимаемых сточных вод и загрязняющих веществ в системы канализации населенных пунктов. Утверждены приказом Госстроя России от 06.04.01 № 75. М.: ГУП ЦП П. 2002. 31 с.