Защита баков с водой

Защита подпиточной и сетевой воды от насыщения газами при ее хранении и транспортировании

Ямлеева Э. У., канд. техн. наук, ст. преподаватель, Шарапов В. И., профессор, докт. техн. Наук Ульяновский государственный технический университет (УлГТУ), Россия

Материалы Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», 23 – 25 ноября 2005, МГСУ

Рассматриваются способы защиты подпиточной и сетевой воды систем теплоснабжения от вторичного насыщения коррозионно-агрессивными газами. Обобщены результаты теоретических и практических исследований причин повышения содержания кислорода и диоксида углерода в воде систем теплоснабжения.

Надежность и экономичность систем централизованного теплоснабжения и их теплоисточников — ТЭЦ и котельных, в значительной мере определяется эффективностью защиты оборудования и теплопроводов от внутренней коррозии.

Основной причиной внутренней коррозии водяных систем теплоснабжения является присутствие в сетевой воде растворенных коррозионно-активных газов (кислорода и диоксида углерода). Для их удаления на теплоисточниках предусмотрена термическая деаэрация. Однако результаты проведенных нами обследований теплосетей городов Ульяновска, Саратова, Ростова показывают, что, несмотря на хорошую водоподготовку, в системах зачастую наблюдается завышенное содержание кислорода. Это свидетельствует о вторичном насыщении сетевой и подпиточной воды коррозионно-агрессивными газами. В некоторых системах интенсивность внутренней коррозии, лишь на 10 % обусловлена нарушениями качества подпиточной воды, а остальные 90 % приходятся на повторное насыщение воды кислородом.

На теплоисточниках насыщение воды газами происходит при ее хранении в баках-аккумуляторах и из-за подсоса воздуха через сальниковые уплотнения насосов, работающих под разрежением.

В теплосетях вода насыщается кислородом при завоздушивании системы, а также из-за присосов сырой водопроводной воды через неплотности подогревателей горячего водоснабжения (ГВС).

Насыщение деаэрированной подпиточной воды кислородом в баках-аккумуляторах ТЭЦ происходит из-за ее контакта с атмосферным воздухом. Теоретические исследования процесса насыщения воды газами в период хранения в баках при неизменном уровне в квазистационарных температурных условиях показали, что насыщение происходит по закону конвективной диффузии.

Однако нестабильный режим заполнения-опорожнения баков сопровождается интенсивным изменением уровня. Массообмен в данных условиях зависит от очень большого числа факторов и математически описать его не возможно, поэтому нами выполнено экспериментальное исследование процесса насыщения.

Получена обширная выборка данных по изменению содержания кислорода в подпиточной воде до и после баков-аккумуляторов на Ульяновской ТЭЦ-1 за три зимних месяца 2003-04 гг. Содержание растворенного кислорода в подпиточной воде достигало 150 и более мкг/дм 3 , несмотря на эффективную деаэрацию воды. В среднем содержание кислорода после деаэраторов составляло 10-30 мкг/дм 3 . На рис. 1 приведены данные за январь 2004 г.

На ТЭЦ установлено четыре подпиточных бака-аккумулятора объемом по 3000 м 3 .

Замеры содержания кислорода в деаэрированной воде производились три раза за сутки. Содержание растворенного кислорода оценивалось с помощью малогабаритного анализатора растворенного кислорода МАРК-301Т.

С помощью корреляционного анализа выявлена наибольшая связь между величиной насыщения и скоростью падения уровня в баке (коэффициент корреляции r=0,8). Зависимости насыщения от величины падения уровня (r=0,64) и падения уровня, отнесенного к уровню воды на момент замера (r=0,61), существуют, но менее выражены. Насыщение воды кислородом не зависит от уровня воды в баке на момент замера (r=0,3) (рис. 2).

В соответствии с методическими указаниями [1] существует две группы методов защиты металла баков-аккумуляторов от коррозии и воды в них от аэрации (контакта с атмосферным воздухом).

Первая группа методов предусматривает раздельную защиту металла баков от коррозии и деаэрированной воды от аэрации. Стенки баков защищаются от коррозии лакокрасочными или металлическими, нанесенными путем металлизации, покрытиями, а для защиты воды от аэрации используются плавающие материалы, затрудняющие доступ воздуха к поверхности воды (поплавковые устройства, плавающие шарики, антииспарительные жидкости), а также газовые или паровые подушки над поверхностью воды.

Ко второй группе относятся комбинированные методы, которые предусматривают как для защиты стенок баков-аккумуляторов от коррозии, так и воды от аэрации с применением герметизирующих жидкостей.

Существующие методы защиты баков-аккумуляторов достаточно дороги, не всегда эффективны и усложняют эксплуатацию баков.

Нами разработана серия способов защиты подпиточной воды от вторичного насыщения коррозионно-активными газами при ее хранении в баках-аккумуляторах ТЭЦ. На рис. 3 приведены два таких решения [2, 3].

Способ защиты на рис. 3, а предусматривает размещение на поверхности воды бака-аккумулятора сетки из железной проволоки, удерживаемой на поверхности воды с помощью прикрепленных к сетке поплавков. Кислород, растворенный в воде, вступает в электрохимическую коррозионную реакцию с железной сеткой и его содержание в подпиточной воде уменьшается.

Способ защиты воды в баке-аккумуляторе от аэрации (рис. 3, б) предусматривает сообщение с атмосферой только через трубу, вваренную в крышу бака-аккумулятора, причем нижний конец трубы размещен ниже уровня трубы для отвода воды, а верхний конец трубы выступает над крышей бака.

Источником заражения деаэрированной воды кислородом и диоксидом углерода могут быть насосные агрегаты, используемые в системах теплоснабжения, на ТЭЦ и котельных для транспорта сетевой и подпиточной воды теплосети.

Исследованы условия возникновения подсоса воздуха через сальниковые уплотнения подпиточных насосов со стороны всасывания в результате разрежения в центральной части рабочего колеса. На величину подсоса значительно влияет размер зазора между сальниковой набивкой и втулкой на валу насоса и величина разрежения. Разрежение возрастает при снижении величины подпора и значительных линейных и местных потерях напора в подпиточной трубе от бака до насоса.

На основе уравнения Бернулли построена номограмма для определения величины разрежения на всасывающем патрубке насоса, работающего с подпором, которая может использоваться при проектировании тракта между баками-аккумуляторами и подпиточными насосами для защиты системы от подсосов воздуха через них с целью максимального использования объема баков-аккумуляторов. Вторая разработанная номограмма позволяет определить количество подсасываемого кислорода в зависимости от величины зазора, разрежения во всасывающем патрубке, конструктивных размеров сальника и подачи насоса.

Правильно запроектированный тракт подпиточной воды и качественное обслуживание насосных агрегатов обеспечивают их воздушную плотность. Показано, что наиболее эффективным средством защиты является использование насосов с гидравлическим уплотнением сальников, расположенных со всасывающей стороны насосов. Вода на уплотнение должна подаваться из напорной трубы.

В открытых системах теплоснабжения с переменным расходом сетевой воды и неустойчивым гидравлическим режимом основной причиной попадания воздуха в сетевую воду является опорожнение местных систем отопления.

С целью повышения надежности работы систем отопления при переменном расходе сетевой воды в теплосетях разработан ряд решений по стабилизации гидравлических режимов местных систем отопления.

Так, в схеме на рис. 4 регулятор давления, установленный на подающем стояке и связанный с датчиком давления в системе отопления, обеспечивает гидравлическую защиту отопительных приборов от превышения давления в подающей магистрали. А регулятор расхода на обратном стояке одновременно с регулированием тепловой нагрузки осуществляет гидравлическую защиту системы отопления, т. е. исключает возможность ее опорожнения [4].

Осуществлять передачу сигнала от датчика давления, установленного у местных абонентов, к регулирующему органу, расположенному на большом расстоянии от датчика, на теплоисточнике, можно с помощью радиосигнала через местных операторов сотовой связи или с помощью радиомодема через Интернет.

Обеспечение гидравлической плотности подогревателей горячего водоснабжения, безусловное устранение попадания сырой недеаэрированной воды в сетевую воду в местных и центральных тепловых пунктах является важнейшим мероприятием, без выполнения которого невозможна эффективная защита системы теплоснабжения от внутренней коррозии.

1. Установлены основные причины вторичного насыщения подпиточной и сетевой воды коррозионно-агрессивными газами при ее хранении на ТЭЦ и транспортировании в системах теплоснабжения.

2. Выявлено, что насыщение кислородом деаэрированной подпиточной воды в баках-аккумуляторах ТЭЦ наиболее интенсивно происходит в период их заполнения-опорожнения. С помощью корреляционного анализа установлена наибольшая связь между величиной насыщения и скоростью падения уровня в баке (коэффициент корреляции r=0,8).

3. Разработаны новые технологии защиты подпиточной воды от насыщения кислородом при хранении в баках-аккумуляторах ТЭЦ с помощью дыхательной трубы, уменьшающей площадь контакта воды с воздухом, а также с использованием расположенной в баке стальной сетки – поглотителя растворенного кислорода.

4. Сформулированы условия работы подпиточных насосов баков-аккумуляторов, исключающие подсос воздуха через сальниковые уплотнения со стороны зоны разрежения.

5. Разработана технология защиты системы теплоснабжения от завоздушивания путем местного регулирования расхода обратной сетевой воды или регулированием давления в обратной магистрали по давлению у абонентов, находящихся в самых неблагоприятных гидравлических условиях (с минимальной величиной избыточного напора).

6. Разработаны технологии защиты от подсосов сырой воды через неплотности водоводяных подогревателей ГВС в закрытые системы теплоснабжения с помощью датчиков жесткости.

1. Методические указания по оптимальной защите баков-аккумуляторов от коррозии и воды в них от аэрации. МУ 153-34. 1-40.504-00. — М.: СПО ОРГРЭС, 2000. — 35 с.

2. Патент № 2220368 (RU). МКИ 7 F 22 D 3/00. Бак-аккумулятор для хранения деаэрированной воды / В. И. Шарапов, Э. У. Ямлеева // Бюллетень изобретений. 2003, № 36.

3. Патент № 2220367 (RU). МКИ 7 F 22 D 3/00. Бак-аккумулятор для хранения деаэрированной воды / В. И. Шарапов, Э. У. Ямлеева // Бюллетень изобретений. 2003, № 36.

4. Патент 2190164 (RU). МКИ F 24 D 19/10, 3/02. Система отопления / В. И. Шарапов, П. В. Ротов, Э. У. Ямлеева // Бюллетень изобретений, 2002, № 27.

5. Патент 2204085 (RU). МКИ F 24 D 19/10, 3/02. Система теплоснабжения / В. И. Шарапов, Э. У. Ямлеева, М. А. Сивухина, П. В. Ротов // Бюллетень изобретений. 2003, № 13.

6. Патент № 2178120 (RU), МКИ F 24 D 3/08. Тепловой пункт закрытой системы теплоснабжения / В. И. Шарапов, Э. У. Ямлеева // Бюллетень изобретений, 2002, № 1.

Источник

Накопительный бак для водоснабжения

Одной из самых неприятных бытовых проблем является отсутствие воды в кране. Легко пережить отсутствие света или газа, однако вода – это обязательный компонент жизни человека, и когда ее нет или мало, начинаются проблемы. Можно держать постоянно в доме несколько емкостей с водой, например пластиковые бутыли, однако куда практичнее определить, какой нужен накопительный бак для водоснабжения и схема системы для частного дома, чтобы не терять в комфорте и продолжать пользоваться бытовыми приборами и раковиной с ванной, как ни в чем не бывало.

Зачем нужен и как им пользоваться

Если по каким-то причинам не работает насос в системе автономного водоснабжения, или нет напора в централизованном городском водопроводе, то подавать ее в раковину или бачек унитаза можно из предварительно набранной резервной емкости. Проще говоря, лучше всегда иметь в доме запас питьевой воды и использовать ее в экстренных ситуациях.

Есть масса вариаций, как установить и подключить накопительную емкость, в зависимости от типа источника воды, возможного расположения емкости и даже планировки дома. Достаточно выбрать подходящий вариант и определиться с типом самого аккумулирующего бака.

Накопительной емкостью может выступать емкость с достаточным внутренним объемом, выполненная из материала стойкого к коррозии и безопасного для хранения питьевой воды. Используются такие материалы как:

• поливинилхлорид;
• сшитый полиэтилен высокого или низкого давления;
• полипропилен;
• нержавеющая сталь;
• сталь с покрытием водонепроницаемыми лаками и керамическими покрытиями.

Пластиковые баки

Оцинкованная сталь хоть и обладает стойкостью к коррозии и водонепроницаема, однако со временем защитный слой цинка может истончиться, особенно в местах соединения и сварки.

По конструкции выделают:

• открытые емкости, у которых имеется горловина с крышкой или без, но с герметичными стенками и дном;
• закрытые полностью герметичные емкости мембранного типа.

В первом случает все просто, весь внутренний объем заполняется водой и при необходимости сливается через патрубок, закрепленный в самой нижней точке.

В случае с мембранными аккумулирующими баками полезный объем как минимум на треть меньше объема всей конструкции. Часть объема отводится под воздушную камеру, отделенную от воды с помощью прочной эластичной мембраны. По мере наполнения емкости водой мембрана давит на воздушную камеру, создавая избыточное давление. Когда требуется получить воду обратно, открывается вентиль, и она поступает в водопровод под действием накопленного давления.

С нижним или верхним расположением

Есть три варианта подключения накопительной емкости и использования запаса воды:

• Верхнее расположение емкости. В этом случае забор воды осуществляется под действием силы гравитации. Чем выше расположен гидроаккумулятор по отношению к потребителю, тем сильнее напор воды. Каждые 10 метров высоты добавляют 0,1 атмосферу, или примерно 1 бар.
• Нижнее расположение простой накопительной емкости. Гравитация уже не поможет, и для подачи в водопровод используется насос, поднимающий давление до оптимального уровня.
• Аккумулирующие емкости мембранного типа сами по себе создают требуемое давление для подачи воды. Нижнее расположение на уровне потребителя для них является оптимальным, так как от установки на чердаке или вышке никакого преимущества не будет.

Как определить оптимальный вариант?

Если дом с несколькими этажами и есть возможность расположить накопительный бак на чердаке, то это позволит обойтись без дополнительной установки насоса, и не нужно тратиться на дорогостоящий мембранный бак. Фактически это аналог водонапорной башни. Однако поднять емкость так высоко, чтобы обеспечить комфортный напор на уровне 2-2,5 атм. все равно сложно. Тем более что встает вопрос об утеплении бака, чтобы в зимний период вода в нем не замерзала.

В случае аварийного отключения воды имеющегося давления в 0,2-0,3 атм. будет вполне достаточно, чтобы воспользоваться смесителем в раковине, унитазом или даже душем, однако не получится задействовать часть бытовой техники, например стиральную машинку или посудомойку, которым требуется большее давление для срабатывания электромагнитных клапанов.

Установка емкости в уровень с потребителем подойдет в тех случаях, когда нет возможности поднять бак на чердак или хотя бы на этаж выше. Это же относится и установке накопительного бака в квартире. Потребуется небольшой насос для подачи воды в водопровод под давлением. Для обеспечения адекватного режима работы насосу потребуется расширительный мембранный бак.

Аккумулирующий бак с мембраной отлично подойдет для хранения запаса воды как при использовании централизованного водопровода, так и в автономной системе. При этом он не требует дополнительного оборудования или верхнего расположения. Однако его стоимость значительно выше, чем любой обычной накопительной емкости даже в сочетании с простым насосом.

Объем бака

В случае проблем на линии городского водопровода и отключения воды обычно ремонтные работы выполняются за день-два. Однако аварии случаются и на праздники, и в местах, где быстрый ремонт попросту невозможен, тогда придется ждать куда дольше. Оптимальным будет запас воды на 2-3 дня из расчета использования туалета, поддержания личной гигиены и приготовления пищи.

На семью из трех человек вполне достаточно 100 литров в день при использовании воды в эконом режиме. Для одной стирки требуется приблизительно 80 литров воды, точнее можно узнать в паспорте к стиральной машинке. Аналогично для посудомойки.

Получается, что на 2-3 дня при использовании бытовой техники надо искать накопительную емкость объемом не менее 500 литров, половина кубического метра.

Однако есть ряд ограничений:

• Чем больше объем воды и накопительной емкости открытого типа, тем быстрее она начнет зарастать осадком. Не рекомендуется использовать в быту емкости объемом больше 200-250 литров для долговременного хранения воды.
• Следует учитывать запас прочности перекрытия и несущих стен. Установку бака нужно закладывать еще на стадии проектирования дома.
• При использовании автономного водоснабжения объем накопительного бака, особенно мембранного типа, не должен превышать дебета скважины. Если это правило не получается соблюсти, то обязательно нужна защита насоса от холостого хода.

Накопительные баки мембранного типа ограничены в своем объеме и не способны отдать весь запас сохраненной жидкости. Для формирования запаса свыше 300 литров придется подключить несколько баков меньшей емкости параллельно друг другу.

Общие правила подключения

Устанавливается бак с водой на подготовленной площадке: бетонном основании, перевязанном с фундаментом, или усиленной металлической раме из профилированной трубы. Конструкция должна выдержать полуторный вес бака и воды в нем при полном заполнении.

Входной патрубок может быть любого подходящего диаметра, подача воды происходит под давлением. Выходной патрубок и трубу к водопроводу выбирают диаметром в полтора-два раза больше чем сечение основной линии. Оптимальный размер 32 мм.

Утепление даже самое качественное лишь замедляет снижение температуры в баке. Для предотвращения замерзания воды при установке емкости на неотапливаемом чердаке или на крыше следует использовать любую подходящую систему подогрева труб и самого накопителя.

С централизованным водоснабжением

Любой тип подключения накопительной емкости требует наличия обратного клапана на вводе в дом или квартиру. Именно клапан будет препятствовать вытеканию запасенной воды обратно в трубопровод, а не к потребителю.

Верхнее подключение

Бак устанавливается под потолком первого этажа, этажом выше санузла и кухни или на чердаке. У бака должен быть штуцер в верхней части для подачи воды, еще один чуть выше для сброса в канализацию при переполнении и штуцер в самой нижней части для забора воды.

Уже после ввода фильтра грубой очистки запорного вентиля, счетчика и обратного клапана устанавливается тройник, от которого труба идет к входному патрубку бака, перед штуцером устанавливается запорный вентиль или управляемый клапан.

К выходному штуцеру подсоединяется запорный вентиль и опускается труба обратно к водопроводу, с которым соединяется посредством тройника.

Шланг для сброса излишков опускается в канализацию или выводится за пределы дома в палисадник или дренажную систему.

Для контроля наполнения используется механический клапан с поплавком, аналогичный тем, что используются в бачке унитаза.

Чтобы воспользоваться запасенной водой, достаточно открыть выходной вентиль.

Нижнее подключение

Подключение выполняется идентично первому варианту. Однако на выходе необходимо установить насос для создания в водопроводе дополнительного давления. Перед каждым использованием воды придется включить предварительно насос.

Упростить жизнь поможет готовая насосная станция или дополнение насоса расширительным баком мембранного типа и реле давления.

Нижнее подключение накопительного бака с мембраной

Для подключения бака используется всего одна труба, подсоединенная к водопроводу через тройник с вентилем. Врезка осуществляется так же после фильтра, счетчика и обратного клапана.

Перед использованием необходимо настроить давление в воздушной камере. Делать это необходимо строго в соответствии с инструкцией к выбранной модели. Предварительно изучается нормальное давление в водопроводе, притом с учетом колебаний в течение суток. Берется в итоге среднее значение, которое используется для настройки бака. Только так получится использовать максимум полезного объема бака.

Для автономного водоснабжения

Как и в случае с централизованным водопроводом имеется несколько вариантов подключения.

Водонапорная башня

Накопительный бак устанавливается на уровне 15-20 метров над уровнем земли на укрепленной вышке или чердаке. Вода от скважинного насоса или насосной станции подается непосредственно в бак, а уже с него раздается в санузел и на кухню в доме. Давление в системе обеспечивается перепадом высот между уровнем воды в баке и краном смесителя в доме.

Недостатком является постоянный проход через бак воды, что вызовет со временем накопление осадка, даже если предварительно установить фильтрующую систему.

Преимущество в простоте конструкции и минимуме дорогостоящих элементов, за исключением самой конструкции башни и обязательного утепления бака для защиты от замерзания даже при его размещении на чердаке.

Нижнее подключение накопительного бака

Емкость устанавливается вровень с насосной станцией или на первом этаже в доме. Наполняется она во время обычной работы насоса за счет воды из скважины. Ограничителем является поплавковый выключатель.

Подобный вариант спасает при чрезмерном потреблении воды и снижении уровня воды в скважине или колодце. Однако бесполезен при выключении электричества, так как для подачи конечному потребителю воды из запаса требуется насос.

Схема нижнего подключения накопительного бака

Мембранный аккумулирующий бак

Мембранный бак для хранения запаса воды устанавливается после насосной станции и обратного клапана, с нижним подключением. Если насосная станция по какой-то причине не работает и не поддерживает давление в системе, то вода поступает с аккумулирующего бака.

Источник