Подготовка подпиточной воды для тепловых сетей производится обычно в источниках тепла путем умягчения исходной водопроводной или природной (поверхностной, артезианской) воды в Na- и Н-катионитовых фильтрах и ее дегазации в атмосферных или вакуумных деаэраторах. Кроме того, при высокой жесткости исходной воды применяют иногда предварительную щелочную обработку, а при значительном остаточном содержании агрессивных газов в подпиточной воде и подсосах воздуха в систему — последующую обработку воды силикатом или сульфитом натрия.

При использовании природной воды при необходимости ее предварительно обрабатывают, т. е. осветляют, обезжелезивают, а в системах с непосредственным водоразбором, кроме того, и обеззараживают б соответствии с санитарными нормами.

Подготовка подпиточной воды в источниках тепла излагается подробно в курсе котельных установок, поэтому ниже кратко рассмотрены только принципы и схемы основных способов водоподготовки для тепловых сетей.

Умягчение воды в катионитовых фильтрах используется для систем с непосредственным водоразбором при карбонатной жесткости исходной воды до 2 мг-экв/л; для закрытых систем—до 5 мг-экв/л или при / совместной работе водогрейных котлов и пароводяных подогревателей с латунными трубками — до 3,5 мг-экв/л. При этом обычно применяется и деаэрация исходной воды. На рис. 14.1 представлена принципиальная схема установки.

Исходная природная вода, осветленная и обеззараженная, или вода из водопровода пропускается через катионитовый фильтр (сульфоуголь, катионит КУ-2 или др.), где вследствие химических реакций происходит поглощение ионов Са и Mg. При этом из катионита выделяются ионы Na или Н, которые переходят в воду и образуют хорошо растворимые и не дающие накипи соли натрия или серную, соляную п угольную кислоту. В зависимости от типа обменивающегося иона и называют Na- и Н-катионирование. Затем вода проходит декарбони-затор 2, где удаляется СОг, и собирается в баке умягченной воды 3. Из бака вода -подается насосами 4 в деаэратор 8 с предварительным подогревом для интенсификации дегазации в охладителе деаэрированной воды 5, в охладителе выпара 6 и пароводяном подогревателе 7, В деаэраторе происходит удаление агрессивных газов из подпиточной воды в результате продувки (вентиляции) его паром, который имеет более низкое парциальное давление этих газов. Деаэрированная вода собирается в баке, установленном под деаэратором, откуда подается в тепловую сеть с помощью подпиточных насосов 9 или в бак-аккумулятор 10. Последний устанавливается обычно только в открытых системах теплоснабжения для уменьшения мощности водоподготовительных установок.

При работе происходит постепенное насыщение фильтра кальцием и магнием и снижение его очищающей способности. Поэтому его периодически промывают: при Na-катионировании — раствором поваренной соли (NaCl), при Н-катионировании — серной кислотой (H2SO4). При этом происходят обратные процессы: кальций и магний переходят в промывающий раствор и сбрасываются в канализацию, a Na и Н входят в состав катионита, восстанавливая его, свойства.

Аналогично протекают реакции и для ионов Mg.

При Na-катионировании происходит увеличение щелочности, при > Н-катионировании — кислотности воды. Поэтому в умягченную воду добавляют соответственно серную кислоту и едкий натрий или применяют совместное Н-, Na-катионирование. Остаточная карбонатная жесткость воды после катионитовых фильтров обычно составляет 0,2—0,5 мг-экв/кг, а остаточное содержание кислорода после деаэраторов — 0,05 мг/кг.

При изменении давления газа рг или температуры воды (т. е значения ург) нарушается существовавшее равновесное состояние и начинает происходить десорбция (выделение) газа из воды или абсорбция (поглощение) газа водой, пока не наступит другое равновесное состояние, соответствующее новым значениям рг и я|эг Следовательно, содержание газа в воде можно менять путем изменения давления данного газа над водой или температуры воды. В частности, удаление газов из воды будет происходить при снижении их давления над водой и повышении температуры воды.

В термических деаэраторах используются оба отмеченных фактора.

Уменьшение давления агрессивных газов внутри деаэратора достигается вследствие постоянного их удаления продувкой (вентиляцией) деаэратора паром, имеющим более низкие парциальные давления данных газов. Разность между парциальным давлением газа, которое наблюдалось бы в равновесном состоянии при исходной концентрации газов в воде, и действительным парциальным давлением газа в парогазовом

пространстве деаэратора, образующимся при продувке паром, Apt = Pf— pt и является движущей силой термической деарации Чем больше разность Арг, тем более интенсивно идет процесс дегазации и тем меньше агрессивных газов остается в обработанной воде Так как содержание газов в паре, подаваемом для продувки, является неизменным, то повышение Арг может быть достигнуто за счет увеличения количества (скорости) пара и соответственно выпара из деаэратора

Коэффициент десорбции 5г зависит от температуры воды: чем выше температура, тем меньше коэффициент растворимости газа я|эг, а также вязкость и сила поверхностного натяжения воды и тем больше S%. Температура воды может быть повышена

как при внешнем предварительном подогреве ее в теплообменниках (см. рис. il4.1)„ так и при внутреннем при смешивании воды с паром. Если внешний предварительный подогрев воды производится при температуре выше температуры испарения в деаэраторе, то вентиляция колонны производится за счет образующегося пара. Такие аппараты называют деаэраторами перегретой воды. При применении одновременно внешнего и внутреннего подогрева воды или только внутреннего деаэраторы называются смешивающего типа. Максимально возможная температура подогрева зависит от давления в деаэраторе, поэтому при необходимости глубокой дегазации воды применяют деаэраторы с повышенным давлением (до 0,7 МПа). Для подготовки-подпиточной воды тепловых сетей не требуется глубокая дегазация воды, вследствие чего в основном используются атмосферные (давление до 0,12 МПа) и вакуумные (давление 0,05—О,07 МПа) деаэраторы.

Для увеличения площади поверхности контакта F в деаэраторах предусматривают специальное распределение или потоков воды в паровой среде, или пара внутрипотока жидкости Первый способ реализуется в струйно-капельных, пленочных и насадочных аппаратах; второй —в барботажных аппаратах. В последнем случае величина F на единицу объема аппарата получается в несколько раз большей Если используется один из указанных способов, то деаэратор называют одноступенчатым» если оба способа одновременно, то двухступенчатым.,

При щелочной обработке воды известью или одновременно известью и содой происходит связывание свободной углекислоты и образование труднорастворимых солей кальция и магния, выделяющихся в виде твердой фазы. Последние осаждают в отстойниках и затем удаляют.

Вследствие связывания С02 происходят увеличение рН воды и распад бикарбоната кальция по уравнению (14.1) с образованием СаСОз. В виде твердой фазы выделяются СаС03 и Mg(OH)2. При этом карбонатная жесткость воды снижается до 0,5—1 мг-экв/кг.

В результате этой реакции уменьшается углекислотная коррозия и происходит увеличение рН воды. Кроме того, уменьшается и кислородная коррозия, так как окись силиция Si02 (жидкое стекло) образует на поверхности трубопроводов плотную защитную пленку, которая изолирует металл от контакта с водой. Отмеченные обстоятельства, а также безвредность и недефицитность исходного материала явились причиной широкого использования этого метода в системах с непосредственным водоразбором.

В результате снижается содержание кислорода в воде, вследствие чего уменьшается кислородная коррозия трубопроводов и увеличивается содержание сульфата натрия в воде. Последний является более безопасным в отношении коррозии трубопроводов.

Метод сульфитирования применяется в настоящее время только в закрытых системах, в основном для устранения коррозии, возникающей при подсосах воздуха через неплотности из-за неустойчивого-гидравлического режима. В открытых системах сульфит натрия не применяется, так как это может привести к увеличению сульфатов & воде выше допустимой по санитарно-гигиеническим нормам концентрации для питьевой воды. К недостаткам метода также относятся: большие расходы реагента (на 1 г 02 примерно 8 кг Na^SC^) и необходимость предварительного подогрева воды до 75—80°С (для протекания реакции).

Химические реагенты для обработки воды могут применяться как
в твердом (кусковые и гранулированные), так и в жидком (растворы различной концентрации) виде. В первом случае вода пропускается через слой реагента, во втором — раствор реагента вводится в воду. На рис. 14.2 показаны принципиальные схемы обработки воды твердыми и жидкими химическими реагентами. Доза вводимых в воду реагентов, используемых в твердом виде, регулируется количеством воды, пропускаемым через фильтр и по обводной линии; используемых в жидком виде, — количеством и концентрацией раствора, вводимого в воду.

Магнитная обработка воды, в соответствии со СНиП 11-35-76 «Котельные установки», может предусматриваться при исходной воде с карбонатной жесткостью до 9 мг-экв/л, содержанием железа до 3 мг/л и при подогреве воды не выше 95°С. Вода с такой температурой применяется в настоящее время только в небольших системах теплоснабжения и для горячего водоснабжения.

Принципиальная схема установки магнитной обработки воды, разработанная ГПИ Сантехпроект, показана на рис: 14.3. Подпиточ-ная вода пропускается через магнитное силовое поле в противонаки-пном магнитном устройстве (ПМУ) и поступает в тепловую сеть. При этом растворенные в воде соли изменяют свою структуру и образуют высокодисперсную взвесь, не осаждающуюся на поверхности металла. Эта взвесь может быть выделена в виде осадка и удалена через шламоотделители.

Во избежание потери сетевой водой магнитных свойств в схеме предусматривается специальный антирелаксационный контур, через который пропускается до 25% циркулирующей в системе воды. Антирелаксационный контур подсоединяется в местах с максимальным и минимальным давлением сетевой воды, т. е. в местах нагнетания и всасывания сетевого насоса, и состоит из дополнительного ПМУ для омагничивания сетевой воды и сепаратного шламоотделителя для осаждения и удаления взвешенных веществ.

Качество умягчения воды при магнитной обработке зависит в основном от напряженности магнитного силового поля, скорости движения воды через магнитные аппараты и исходного состава воды. Аппараты могут строиться как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами.

При использовании для горячего водоснабжения воды непосредственно из водопровода, что наблюдается обычно в закрытых системах теплоснабжения, возникает опасность внутренней коррозии и зашламления местных установок горячего водоснабжения. Внутренняя коррозия, как указывалось в § 70, происходит при наличии растворенного кислорода и агрессивной водопроводной воды с /<0 и RC1 + R3S04> >50 мг/л; зашламление и интенсивное накипеобразование—воды с жесткостью Жк>4 мг-экв/л, />0 и RCl + R2SO4<50 мг/л. В отмеченных случаях необходимо предусматривать соответственно противокоррозионную и противонакипную защиту местных систем горячего водоснабжения. Одним из основных путей такой защиты в настоящее время является местная децентрализованная обработка водопроводной воды в ЦТП и МТП.

Следует отметить, что децентрализованная обработка воды связана, как правило, с повышением капитальных и эксплуатационных затрат, поэтому целесообразность ее применения и выбор конкретного метода обработки должны обосновываться технико-экономическими расчетами с учетом как технических, так и санитарно-гигиенических требований. Конкурирующими вариантами могут являться: противокоррозионная и противонакипная централизованная обработка исходной воды на водоочистных станциях (например, стабилизация водопроводной воды); применение специальных защитных покрытий (например, оцинкованных и эмалированных труб) и материалов, устойчивых против коррозии, и др.

Методы и средства противокоррозионной и противонакипной защиты местных систем горячего водоснабжения выбираются в зависимости от качества воды, коррозионной стойкости элементов систем горячего водоснабжения, возможности и доступности их ремонта и др. Обычно они более простые, чем централизованные установки для умягчения и деаэрации подпиточной воды тепловых сетей, так как температура воды, подаваемой на горячее водоснабжение, меньше температуры сетевой воды, и, следовательно, интенсивность внутренней коррозии и накипеобразования ниже.

Для противокоррозионной децентрализованной обработки воды могут применяться следующие методы: вакуумная и естественная деаэрация, обработка воды силикатом натрия (силикатирование) и обработка воды в магномассовых и сталестружчатых фильтрах; для противонакипной — магнитная обработка воды.

Вакуумная деаэрация, силикатирование и магнитная обработка воды относятся к основным методам и выполняются .примерно так же, как и в источниках тепла.

При естественной деаэрации удаление агрессивных газов происходит вследствие уменьшения коэффициента растворимости газов в воде при увеличении температуры и уменьшении давления воды. Поэтому, если холодную воду нагреть и подать в открытый резервуар (расширитель), сообщающийся с атмосферой, то агрессивные газы будут удаляться из воды, пока не установится другое равновесное состояние, соответствующее новому коэффициенту растворимости газов в воде. Например, при нагреве воды до 60°С при атмосферном давлении содержание кислорода в воде может быть снижено на 55%, а углекислоты — на 78%. При уменьшении С02 в воде нарушается также- условие равновесия ее с бикарбонатами, что вызывает разложение бикарбонатов и образование защитной пленки СаСОз.

Принципиальная схема установки для естественной деаэрации воды приведена на рис. 14.4. Холодная водопроводная вода нагревается в теплообменнике горячего водоснабжения сетевой водой и поступает в открытый резервуар, в котором происходит удаление агрессивных газов. Из резервуара деаэрированная горячая вода подается потребителям. Резервуары могут использоваться в качестве баков-аккумуляторов для выравнивания неравномерностей суточного графика горячего водоснабжения.

Естественная деаэрация при температурах воды 60°С позволяет снизить концентрацию кислорода в воде примерно до 4,5 мг/л, поэтому применение ее эффективно для воды с большим начальным содержанием кислорода (10—14 мг/л) и относительно небольшой агрессивностью (/<—0,5 и RCl + R2SO4<50 мг/л).

Обработка воды в магномассовых и сталестружчатых фильтрах производится путем пропускания воды через слой соответственно гранулированной магномассы (доломита) и металлических стружек, по схеме, показанной на рис 14 2,а Устанавливаются фильтры, как правило, в ЦТП, так как для нормальной их работы требуются периодическая промывка, рыхление и перезарядка, которые трудно организовать в МТП.

В магномассовых фильтрах происходит связывание растворенной в воде углекислоты, вследствие чего снижается коррозионная агрессивность воды, а также происходит разложение бикарбонатов и образование защитной пленки из СаС03. Такие фильтры применяются при небольшой концентрации кислорода в воде и RCl+R2SO4
В сталестружчатых фильтрах поглощение растворенного в воде кислорода происходит в результате окисления металла стружек При этом увеличивается содержание железа в воде, поэтому после сталестружчатых фильтров иногда требуется устанавливать очистительные кварцевые фильтры для улавливания хлопьев ржавчины Вследствие отмеченного, а также громоздкости фильтров, большой трудоемкости их обслуживания (при перезарядке) и необходимости расходования металла в настоящее время они не нашли широкого применения.