подготовка воды для систем отопления

Подготовка воды для систем отопления
http://www.thermonews.ru/termos/otopl/vodopod.htm?id_theme=off
19 Октября 2004 / Термошкола / Энциклопедия отопления
Автор: А. С. Каменских
Введение. Для чего нужно подготавливать воду
Для водоснабжения котельных используются в большинстве случаев природные воды, как поверхностные, так и
подземные. Все воды содержат разнообразные примеси, попадающие в воду в процессе её естественного
круговорота в природе; кроме того, возможно загрязнение водоисточников бытовыми и промышленными стоками.
В связи с этим существуют две проблемы – отложения на трубах (накипь) и коррозия.
Первичная накипь возникает в результате уменьшения растворимости соединений кальция, магния, железа,
кремния с ростом температуры воды. Самая высокая температура воды – на внутренней поверхности, поэтому здесь,
на стенке, и образуется твердый слой отложений. На внутренней поверхности откладывается также и вторичная
накипь – твердые частицы, образовавшиеся в объеме воды и "прикипевшие" к стенке. Теплопроводность накипи
намного (в 20 и более раз) меньше теплопроводности металла. Из-за этого с ростом толщины отложений накипи
неизбежно возрастает температура металла стенки. При этом металл теряет прочность, образуются трещины, свищи
и т.д. Кроме того, повышение температуры стенки ведет к ухудшению теплопередачи и снижению КПД котла.
Ориентировочно считают, что каждый миллиметр накипи вызывает потерю 1% КПД котла. Обычно накипь не
образуется в системах, где применяется деминерализованная вода.
Растворенный кислород вызывает точечную коррозию компонентов котла, образуя мелкие кратеры на поверхности
металла. Некоторые из этих кратеров продолжают увеличиваться до возникновения свищей и выхода котла из
строя. С повышением температуры воды растворимость кислорода уменьшается и увеличивается его агрессивность.
Основные способы водоподготовки
При выборе системы очистки воды необходимо учитывать несколько основных моментов:
1) назначение объекта водопотребления – везде будут предъявляться свои требования;
2) назначение подготавливаемой воды на объекте; для каждого потребителя требования к чистоте воды
существенно отличаются;
3) исходное качество воды.
В настоящее время существует целый ряд устройств, позволяющих решать практически любые проблемы с водой. С
некоторой долей условности их можно назвать фильтрами. Фильтры, в свою очередь, можно классифицировать по
свойствам и целям применения — в зависимости от тех конкретных проблем, для устранения которых они
предназначены. При этом фильтры одного класса могут отличаться друг от друга как по принципу действия, так и по
конструктивному исполнению. Наиболее распространены механические, химические, адсорбционные и мембранные
фильтры (методы очистки).
Классический способ водоподготовки
(для крупных предприятий)
Для этого способа водоподготовки требуется, как правило, отдельное помещение, круглосуточное наблюдение
(обслуживающий персонал), реагенты. Но на выходе из водоподготовительной установки (ВПУ) можно получать
деминерализованную воду. В зависимости от качества исходной воды и требований к воде, из изложенной ниже
схемы могут исключаться ненужные методы. Классический способ водоподготовки не подходит для малых
предприятий или индивидуального использования.
Коагуляция воды в осветлителях
Вода требует предварительной обработки, в результате которой она освобождается в первую очередь от
грубодисперсных и коллоидных примесей. Для решения этой задачи применяют коагуляцию.
В качестве реагентов для коагуляции используют сернокислый алюминий, сернокислое железо, хлорное железо,
сернокислое хлорное железо. При добавлении к воде реагентов происходит реакция, в результате которой
коллоидные частицы слипаются и выпадают в осадок в виде хлопьевидной крупной взвеси.
Коагуляцию воды проводят в специальных аппаратах-осветлителях для коагуляции типов ВТИ, ЦНИИ-2 или ЦНИИ-3.
Осветление воды на осветлительных (механических) фильтрах
Осветлительные фильтры необходимы для удаления взвешенных веществ. Как правило, осветлительные фильтры
устанавливают после осветлителей. В котельных широко применяются напорные однопоточные фильтры с загрузкой
кварцевым песком или дроблёным антрацитом, или в этих же фильтрах используют двухслойную загрузку –
антрацит и кварцевый песок.
Обработка воды методами ионного обмена
Обработка воды методами ионного обмена основана на пропуске исходной или частично обработанной воды через
фильтрующий слой ионообменного материала, способного взаимодействовать с содержащимися в обрабатываемой
воде ионами. Материалы, обладающие свойством обменивать катионы, называются катионитами, обладающие
свойством обменивать анионы – анионитами.
Существуют следующие методы ионного обмена:
· Na–катионирование. Этот метод обработки воды основан на пропуске обрабатываемой воды через Na-форму
катионита, для чего предварительно катионит регенерируется поваренной солью.
· H–катионирование. Метод H–катионирования основан на пропуске обрабатываемой воды через катионит,
отрегенерированный кислотой. В процессе фильтрования катионы, содержащиеся в обрабатываемой воде,
обмениваются на ионы водорода, содержащиеся в катионите.
· Na-H–катионирование. Все технологические схемы Na-H–катионирования воды (параллельная и последовательная)
преследуют цель умягчить воду и одновременно снизить её щёлочность и солесодержание, а также удалить
образующуюся углекислоту. Свободная углекислота, образовавшаяся при нейтрализации и в процессе H–
катионирования, удаляется в декарбонизаторе.
· H–катионирование с «голодной» регенерацией фильтров . При обычном H–катионировании регенерация
проводится с удельным расходом кислоты, в 2…2,5 раза больше теоретически необходимого. При «голодной»
регенерации фильтра удельный расход кислоты равен его теоретическому удельному расходу, т. е. переводятся в Нформу только верхние слои, а нижние слои остаются в солевых формах и содержат катионы кальция, магния и
натрия.
· NH4–катионирование. При NH4–катионировании обрабатываемая вода фильтруется через слой катионита,
отрегенерированный солями аммония. В фильтрате образуются соли аммония, при нагревании воды в котле соли
аммония разлагаются. Образующиеся при разложении бикарбоната аммония аммиак и углекислота уносятся паром,
а в котловой воде остаются соляная и серная кислоты.
· Na-Cl-ионирование. Cl-ионирование осуществляется после предварительного Na–катионирования. При пропуске
Na-катионированной воды через сильноосновный анионит в Cl-форме протекают реакции обмена анионов на ионы
хлора.
Обработка воды методами осаждения
Реагентные методы обработки воды на ВПУ основаны на реакциях, в результате которых образуются
труднорастворимые соединения, удаляемые из воды в виде осадков. К таким методам относятся известкование,
содоизвесткование и обработка едким натром.
Обезжелезивание
Растворенное в воде железо удаляют путем каталитического окисления. Для этого воду пропускают через гранулы,
обладающие свойствами катализатора (ускорителя реакции). В его присутствии железо интенсивно окисляется
кислородом, содержащимся в воде, переходит в нерастворимое состояние и оседает на гранулах. При промывке
обратным потоком воды этот осадок удаляется и сбрасывается в канализацию (дренажную систему).
Магнитная обработка
Магнитная обработка является наиболее простым способом ограничения накипеобразования, обеспечивающим
удовлетворительное состояние поверхностей нагрева.
Принцип метода заключается в том, что под действием магнитного поля ферромагнитные примеси воды
укрупняются и адсорбируют на своей поверхности кристаллизирующийся накипеобразователь, в результате чего
при температуре до 70ºC образование твёрдой фазы СаСО 3 происходит в толще воды.
Силикатная обработка
Применяется как самостоятельный метод для снижения кислородной и углекислотной коррозии.
Преимущество силикатной обработки заключается в простоте обслуживания и малых габаритах установки.
Деаэрация питательной и подпиточной воды
Деаэрация является заключительным этапом обработки питательной воды и служит для защиты от коррозии.
Наиболее эффективным и универсальным методом удаления из воды всех растворённых
газов является термическая деаэрация. Для деаэрации воды в котельных установках
применяются в основном термические деаэраторы атмосферного и вакуумного типов.
Способы водоподготовки
для малых предприятий и
коттеджей
Если современные крупные энергопредприятия обычно
обеспечены достаточно квалифицированным
персоналом, соответствующими инструкциями и
технической документацией, то малые объекты, число
которых чрезвычайно велико, совершенно лишены и
того, и другого, и технический уровень эксплуатации
котлов на таких объектах крайне низок. Для малых
предприятий, важными параметрами водоподготовки
являются компактность
установки, простота обслуживания, малый расход
реагентов, высокая степень очистки и, возможно, автономность.
Для небольших предприятий, а также коттеджей существуют следующие методы водоподготовки:
Осадочные фильтры. Предназначены для удаления из воды механических частиц, песка, взвесей, ржавчины, а
также коллоидных веществ. Для удаления относительно крупных частиц (свыше 20-50 микрон) применяют сетчатые
или дисковые фильтры грубой очистки. Их недостатком является сравнительно низкая грязеемкость. Поэтому при
сильном загрязнении воды или большой производительности они требуют частой промывки, что нетехнологично. В
этих случаях целесообразно применение автоматизированных систем засыпного типа. В качестве фильтрующей
среды применяют в основном обезвоженный алюмосиликат, обеспечивающий фильтрацию частиц от 20 микрон. Для
более тонкой очистки применяют засыпку из специальной керамики.
Фильтры-обезжелезиватели. Фильтры этого класса предназначены, главным образом, для удаления из воды
железа и марганца, находящихся в растворенном состоянии. В качестве фильтрующей среды используются
различные природные вещества, включающие в свой состав двуокись марганца (Birm, Filox, Greensand и т.п.).
Двуокись марганца служит катализатором реакции окисления, при которой растворенные в воде железо и/или
марганец переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок. Он задерживается в слое фильтрующей среды и
в дальнейшем вымывается в дренаж при обратной промывке. В процессе окисления железа и марганца некоторые
фильтры также эффективно удаляют растворенный в воде сероводород. Некоторые из фильтрующих сред требуют
регенерации перманганатом калия. При больших концентрациях железа и/или марганца применяют специальные
методики, способствующие их более интенсивному окислению.
Фильтры-умягчители – обширный класс устройств, предназначенных для снижения жесткости воды. Благодаря
применению специальных засыпок фильтры этого типа могут обладать комплексным действием и способны также
удалять из воды определенные количества железа, марганца, нитратов, нитритов, сульфатов, солей тяжелых
металлов, органических соединений. Фильтры этого типа требуют регенерации солевым раствором и поэтому
снабжены специальным баком для приготовления регенерирующего раствора (солевой бак).
Угольные фильтры. Активированный уголь уже давно применяется в водоочистке для улучшения
органолептических показателей качества воды (устранения постороннего привкуса, запаха, цветности). Благодаря
своей высокой адсорбционной способности активированный уголь эффективно поглощают остаточный хлор,
растворенные газы, органические соединения. Вместе с тем, поскольку накапливающаяся органика трудно
выводится из угля при обратной промывке, возможен залповый сброс загрязнений в выходную линию. Для
предотвращения этого явления засыпка из активированного угля требует периодической замены. В настоящее
время для увеличения ресурса работы применяют активированный уголь из скорлупы кокоса, адсорбционная
способность которого в 4 раза выше, чем угля, получаемого традиционными методами (например, из древесины
березы). Для борьбы с биологическим зарастанием применяют также специальные угли с бактериостатическими
присадками.
процессе эксплуатации. Метод
каких-либо химических
абсолютно экологически чистым.
воды вместо накипи образуется
удаляемый шлам.
Магнитные преобразователи предназначены для обработки воды полем
постоянных магнитов для
предотвращения образования и
ликвидации уже отложившейся
накипи на стенках трубопроводов и
теплообменных элементов. Магнитные
преобразователи могут быть
включены в состав любых установок,
подверженных образованию накипи в
магнитной обработки воды не требует
реагентов и затрат энергии и является
В результате магнитной обработки
мелкокристаллический легко
Ультразвуковой метод
предотвращения накипи. Основой
метода является воздействие механических колебаний ультразвуковой частоты на процессы накипеобразования,
протекающие в теплотехническом оборудовании при его работе. С помощью ультразвуковой установки в металле
котла и в воде, заполняющей его, возбуждаются маломощные ультразвуковые колебания. Под действием этих
колебаний соли жесткости начинают кристаллизоваться непосредственно в толще воды, образуя мелкодисперсный
шлам, а колебания поверхностей нагрева препятствуют осаждению шлама на стенках труб. Поэтому шлам находится
в воде во взвешенном состоянии и удаляется из теплоагрегата при регулярных продувках, в результате чего
образования накипи не происходит. Кроме того, ультразвук оказывает разрушающее действие на ранее
образовавшуюся накипь.
Пульсары электромагнитные. Принцип работы электромагнитного пульсатора заключается в магнитной
обработке воды импульсными электромагнитными полями и в создании на поверхности нагрева
магнитострикционных колебаний сдвига на межатомном уровне. В результате этого происходит отслаивание,
дробление, частичное превращение в сметанообразную массу солей накипи и частичное растворение ее
намагниченной водой, что позволяет удалять накипь из котла в процессе продувок и дренирования.
Поглотители кислорода. Остаточные следы кислорода можно удалить при помощи поглотителей кислорода,
наиболее распространенным из которых является сульфит натрия. Также есть другие поглотители кислорода –
JurbySoft 24-12, OXYGEN CONTROL – которые действуют не менее хорошо. Однако поглотители кислорода не могут
заменить деаэратор. Если содержание кислорода выше 50 мкг/кг, поглотители кислорода не могут предотвратить
кислородную коррозию.
Заключение
В рамках статьи невозможно описать все методы очистки воды для котлов и систем отопления, поэтому мы дали
лишь приблизительное представление о водоподготовке. Вообще, по каждому методу можно написать отдельную
книгу.
Владельцу отопительной системы нужно осознать, что водоподготовка – это, прежде всего, бесперебойная работа
всей системы, а ремонт – это крайний случай. Поэтому потребителю следует более внимательно подходить к
вопросу водоподготовки и знать, что конкретно из воды необходимо удалить для предотвращения накипи и
коррозии.
Котел и система отопления – это сложный механизм. Кому хочется производить ремонт каждый год или демонтаж
каждые пять лет? Отсутствие накипи и коррозии практически не ограничивает срок эксплуатации котла и системы
отопления при неизменном КПД.