Сергеев Виталий Николаевич, Руководитель Завода деаэраторов DEAERATOR.SU
Тема: "Деаэрация как метод предупреждения аварий на тепловых сетях".
Здравствуйте, коллеги.
Хотел бы сегодня поговорить о том, за счет чего можно снизить аварийность на системах теплоснабжения. Представлюсь. Непосредственно в теплоэнергетике я работаю с 2003 года. Являюсь учеником Зимина Бориса Алексеевича, изобретателя центробежно-вихревой деаэрации воды.
По сути, у нас есть две системы термической деаэрации:
— это система ЦКТИ и вариации на тему;
— это центробежно-вихревая деаэрация, и также, можно сказать, вариации на тему.
Касаемо снижения аварийности на тепловых сетях. Согласно общепринятым мнениям у нас есть несколько причин почему у нас происходят аварии:
— износ инфраструктуры;
— неблагоприятные погодные явления, снизилась температура, повысили параметры теплоносителя, произошли аварии;
— ошибки эксплуатации;
— нарушение целостности трубопроводов, классика жанра. Почему авария? - потому что труба лопнула.
Здесь немножечко хотел бы уйти в теорию. У нас есть водоподготовка на котельных, на электростанциях. Любая вода, которая используется на объектах теплоэнергетики, должна быть подготовлена. Если всё упрощать, то водоподготовка делится на два этапа.
Первый – умягчение;
Второй – удаление агрессивных газов, т.е. деаэрация.
Чем выше температура воды, тем более коррозионно активными становятся газы. Тем больше у нас взаимодействие кислорода с металлом, тем активнее у нас становится CO2.
Деаэрация, соответственно, может быть, двух разных видов.
Первый - термическое удаление агрессивных газов за счет вскипания воды и нулевой растворимости газов.
Второй - химический. Химический имеет одну интересную особенность: в том, что связывает только растворённый кислород. Углекислый газ – химическими реагентами мы не свяжем. Насколько мне говорили коллеги, которые производят реагенты: нет такого реагента. Однако, CO2 также является коррозионном активным газом. Его в воде примерно в 20 раз меньше, но он не менее агрессивен. И более того, он тяжелее удаляется. Если кислород у нас удаляется за счёт связывания, либо при кипении воды уходит полностью, то CO2 у нас не торопится выходить из воды. СО2 уходит при температуре 80 градусов в 3-4 раза дольше, чем кислород. Поэтому, когда мы говорим о химической деаэрации с помощью добавления реагентов, то здесь возникает вопрос, что делать с CO2…
Почему я сделал отступление про коррозию и водоподготовку? Потому что если разложить причины аварий на тепловых сетях, которые называли ранее, то по сути это будут не причины, это следствия. Следствия недостаточной водоподготовки. Например, износ инфраструктуры. У нас ветхих тепловых сетей, насколько я знаю, по последним данным, около 13% в России. Почему они ветхие? Потому что недостаточно качественно проводилась водоподготовка. У нас есть пример в городе Ухта, там стоит деаэратор с 2006 года. В 2022 году разрезали тепловую сеть - трубы тепловой сети как новые. Соответственно, износ инфраструктуры — это недостаточно качественное удаление агрессивных газов. Неблагоприятные погодные условия. Вторая причина, которую обычно называют. А что у них неблагоприятного? Труба у нас чаще всего закопана в землю. В ней повышается температура. С повышением температуры увеличивается активность агрессивных газов. Кислород активнее взаимодействует при температуре 40 градусов и выше. Соответственно, повышается температура теплоносителя, увеличивается скорость коррозии. И происходит прорыв, потому что кислород начал взаимодействовать (разрушать) с трубопроводами. Технические неисправности, которые называют причиной аварий. Но практически это тоже самое, здесь можно повторяться, если рассказывать, как это связано. Ошибки эксплуатации. Это когда подняли температуру теплоносителя или увеличили давление, чтобы вода дошла до удалённых участков тепловой сети, чтобы их прогреть. Но опять же, почему? Если бы просто увеличили давление, ничего бы не произошло. Но когда у нас трубы уже повреждены коррозией, то, собственно говоря, получаем то, что получаем. Ну, про нарушение целостности трубопроводов - здесь всё понятно. Труба сама разрывалась. Лежала-лежала и вдруг...
Соответственно, по сути, все аварии, которые у нас происходят на тепловых сетях, имеют под собой одну единственную причину: недостаточная водоподготовка. Не говорю некачественная, а именно - недостаточная. То есть, содержание агрессивных газов, коррозионную активность воды, никто не проверял, либо проверили недостаточно, либо просто посчитали, что, условно, деаэратор стоит, работает и работает. Что-то там крутит в целом. У нас таких объектов очень много, когда деаэратор работает, ну вода в него подаётся. Анализ кислорода как-то делают, раз 4 часа. Все нормально. Если бы обращать внимание, допустим, на эти моменты, то количество аварий можно было бы снизить в разы. Более того, даже если мы говорим о существующем, допустим, оборудовании, существующем в котельной, то можно наладить работу деаэратора - именно наладить. Прогнать по режимам, составить режимную карту... И в принципе, мы даже в этом отопительном сезоне можем сократить количество аварий в несколько раз минимум точно. При этом совершенно не требуются демонтажные, монтажные работы, не требуется замена оборудования, потому что можно с любого деаэратора достичь какого-то более-менее, нормального качества деаэрации. Это будет, допустим, 100-150 мкг/л. Но это не будет 5000 мкг/л, как в исходной воде. Соответственно, есть особенность, на существующем рынке деаэраторов. Казалось бы, давайте деаэраторы поменяем и будет все хорошо. Но есть особенность в том, что большинство производителей, за исключением нас... Впрочем, если кто-то еще из коллег также заявит, что они работают до достижения показателей по кислороду - мы только за.
Так вот, большинство производителей продают деаэратор, а дальше налаживаете его сами. Мы его сделали - он как-то должен работать. Ему надо подавать воду... Вот есть деаэраторы ЦКТИ, есть технология. Ну а дальше, собственно говоря, если у вас не получается удалить кислород, до требуемых норм, а подавайте больше греющей воды. Ну а мы работаем до достижения результата. До того, чтобы у нас на выходе из деаэратора была действительно деаэрированная вода.
В чем разница новых технологий деаэрации от старых советских систем?
Если совсем кратко, то деаэраторы ЦКТИ, да и большинство других работают по принципу разлива воды по тарелкам и барботажа пара. Соответственно, у них деаэрация воды осуществляется в горизонтальной плоскости. Разливается вода по тарелкам, с каким-то слоем, этот слой должен рассчитываться, обычно он составляет несколько сантиметров. Он вскипает, образуется и удаляется выпар. Но если внимательно посмотреть, то будут работать только верхние тарелки. Сейчас время на подробности тратить не буду, кому интересно, у нас есть стенд, там могу подробно объяснить и ответить на вопросы. И вскипания на верхней тарелке зачастую недостаточно. Для компенсации этого делают рециркуляцию и тому подобное.
Зимин Борис Алексеевич, в конце прошлого века, пошел инновационным путем, поэтому у него есть патент на изобретение. Он расположил воду в деаэраторе вертикально. У нас работают не тарелки, у нас работает весь корпус деаэратора. Это позволяет воде более длительное время находиться в зоне вскипания. И это позволяет образовываться большему количеству выпара и, соответственно, лучше удалять агрессивные газы.
Есть такое понятие - идеальный деаэратор. Когда его выпар составляет 2 кг на тонну деаэрированной воды. Но это недостижимо, вчера об этом рассказывал, потому что это снижение температуры воды на 1 градус. У нас чуть больше 2 кг на тонну, сразу говорю, все зависит от режима работы деаэратора.
Нормальный объем выпара, это даже по ГОСТу, это порядка 6-8 кг на тонну. Если кому-то не нравится, как парит деаэратор, то есть охладители выпара, которые сейчас можно рассчитать на любые параметры.
Не буду сильно углубляться в саму конструкцию деаэратора. Кому интересно, есть стенд, там могу рассказать подробнее.
У нас сейчас есть технология, когда можно оставлять существующий бак, заменяя просто деаэрационную колонну с размерами один к одному. Срезаем старую, ставим новую. Это в десятки раз сокращает капитальные затраты на проектирование и монтаж. Перед Вами на слайде: старый деаэратор срезали, поставили новую центробежно-капельную колонку. С учетом более интенсивного тепломассообмена можно увеличить производительность деаэратора практически до двух раз.
Ещё момент по температуре деаэрации. Есть мнение, что термическая деаэрация может работать от температуры 40 градусов. Коллеги, нельзя. С точки зрения физики не получится: чтобы воды вскипела при температуре 38 градусов нужно абсолютное давление 0.065. Создать абсолютное давление 0.05, может только водо-водяной эжектор, и то только перед собой. Вакуумные насосы не могут. И для эжекторов это минимальное давление. Ещё снизить давление они не могут. А им ещё нужно забирать выпар. Поэтому, когда в рекламе пишут про деаэрацию от 40 градусов без подвода теплоносителя, возникает вопрос: как? Против законов физики?
Еще есть момент: часто хотят поставить на вакуумный деаэратор вакуумный насос и с его помощью создавать вакуум. Вакуумный насос может создать абсолютное давление 0,6 Бар. Глубже не может, с учётом влажности выпара и температуры. 0.6 Бар. Это температура кипения почти 90 градусов.
К нам на стенд в эти два дня подходили коллеги, которые говорили, что где-то, но не у них такая система работает, вакуум создаётся. Коллеги, не надо забывать о том, что термическая деаэрация — это кипение воды. Кипение воды при правильном соотношении температуры воды и давлении. Если у нас этого соотношения нет, то у нас не термическая деаэрация. Это любая другая, но не термическая. Это деаэрация за счёт разрушения железа, за счёт частичного выхода кислорода.
На этом закончу своё выступление. Кого заинтересовал, подходите на наш стенд. Сейчас могу ответить на Ваши вопросы.
Вопросы из зала:
- А можно ли на трубопроводах в совершенно в плохом состоянии пройти нормально отопительный период?
- Можно, если наладить процесс деаэрации. Рецепт следующий: приобретаем кислородомер, либо обращаемся к нам, у нас он есть, налаживаем работу деаэратора. Получаем на деаэраторе минимальные показания кислорода в каком-то одном режиме. Дальше смотрим, как мы с помощью этого режима можем обеспечить подпитку. Либо делаем постоянный расход воды через деаэратор, а регулирование подпитки производим другими способами. Например, за счёт уровня в аккумуляторных баках. Либо еще какие-то пути находим, решение почти всегда есть. Другой вопрос, что это решение не всегда лежит на поверхности.