Качество воды для паровых котлов

Большинство всех поломок паровых котлов и связанного с ними оборудования вызвано засоренной водой, которая подается в теплосистему без предварительной очистки. Если она не будет отвечать требованиям ГОСТ по качеству, в котле очень стремительно станут развиваться процессы накипеобразования. Кроме того необработанная вода будет способствовать активному коррозионному повреждению котловых труб. Котел является самой дорогой частью оснащения котельной. Проще купить качественные устройства водоподготовки, чем менять дорогостоящую оснастку системы отопления/водоснабжения. В статье мастер сантехник расскажет, как определяется качество воды паровых котлов.

Как определяется качество воды для паровых котлов

Качество воды в паровом котле - это комплексная совокупность ряда показателей: химических, био- и бактериологических, физических. Их наличие в разных составах и количествах определяет пригодность или непригодность водного раствора к использованию.

Водными источниками могут быть открытые природные водоемы, залегающие глубоко в земле водоносные пласты, изношенные централизованные водопроводы. Такую жидкость нельзя использовать в системе, предварительно не проверив показатели качества питательной воды для паровых котлов. В каждом источнике присутствуют разные примеси и загрязнения:

• Нерастворимые механические в виде песчинок, мути;
• Растворенные, способные выпадать в осадок, оседать на поверхности, образуя трудноочищаемую накипь;
• Коррозионно-активные, вызывающие образование окислов, коррозию металлов.

Перед использованием теплоносителя обязательно проверяется качество питательной воды паровых котлов - проводится качественный анализ в специализированных лабораториях, прошедших аккредитацию. Пробы исследуются в разные времена года, определяются усредненные значения показателей.

Параметры рабочей жидкости для котельных зависят от назначения и области применения. Для паровых котлов они жёстче, чем для водогрейных контуров.

Где прописаны требования к качеству воды для парового котла

Допустимые параметры рабочей жидкости для паровых контуров предписаны в разных стандартах: ГОСТ, ОСТ, СанПин. Нормативы разрабатываются на государственном, региональном, местном уровне.

Полезная документация по водоподготовке растворов:

• РД 24.032.01-91 - питательного, пара.
• РД 24.031.120-91 - сетевого, подпиточного.
• РТМ 108.030.130-79- питательного, пара.
• РД 34.37. 522-88; ГОСТ Р 55682.12-2013/ЕН 12952-12:2003 - питательного, котлового.
• СП 89.13330.2012; СП 89.13330.2016 (ред. СНиП II-35-76) - водообработки.
• РТМ 108.030.114-77 - водохимического режима.
• ГОСТ 20995-75 - питательного раствора/пара для котлов давлением менее 3,9 МПа.
• ОСТ 108.034.02-79 - для паровых котлов.

Федеральные нормы и правила по промышленной безопасности для объектов, на которых оборудование работает под высоким давлением.

Прежде чем заливать рабочую жидкость в котел, нужно проанализировать её состав, сравнить с нормативными показателями, подобрать очистительные установки, удовлетворяющие требованиям качества воды паровых котлов или реконструировать устаревшие.

Виды воды, применяемой в котельных

Вода, в системе теплоснабжения двигаясь по водному тракту водотрубного котла, проходит несколько стадий и, следовательно, имеет разные названия.

Технологические стадии движения воды в пароводяном тракте водотрубного котла:

• Сырая – это исходная вода из различных источников воды, не прошедшая механическую и химобработку: центральный водопровод, артскважины и любые открытые водоемы.
• Питательная – вода, поступающая в водяной тракт котлоагрегата. Она предварительно поддается обработке в системах химводоподготовки с качеством, соответствующему режимным картам.
• Подпиточная – восполняет потери в теплосетях, вызванных утечкой воды. Согласно СНИП СП 124.13330.2012 среднегодовой размер утечки сетевой воды не может превышать 0,25% объема воды в магистральной сети и сетей потребителей без трубопроводов ГВС. Более конкретно он рассчитывается для каждой теплосети индивидуально по результатам наладочных испытаний.
• Котловая — вода, которая циркулирует по внутренним поверхностям парового котла. Температура котловой воды в паровом котле соответствует давлению насыщения, при нормативной паропроизводительности.
• Продувочная — вода, которую специально выпускают из внутреннего водяного контура парового котла, чтобы поддерживать нормативную щелочность котловой воды ph=9. Система непрерывной продувки в паровом котле устанавливается по результатам наладочных испытаний, процент продувки не должен превышать 5 % от паропроизводительности котла.
• Сетевая прямая/обратная – вода в тепловой сети от циркуляционного насоса в котельной до потребителя тепловой энергии и обратно.

Что такое котловая вода паровых котлоагрегатов

Водотрубный котел — источник тепловой энергии, в котором теплоноситель движется по внутренним трубным поверхностям нагрева. Такие котлы могут быть водогрейными, которые вырабатывают горячую воду с температурой от 95 до 150 С и паровыми, вырабатывающими пар низкого давления до 1 атм., среднего от 1 до 10 атм., высокого от 10 до 20 атм. и сверхвысокого от 20 атм.

Работа парового котла особенно зависит от качества котловой воды, поскольку пар, отбираемый из барабана или пароперегревателя котла, не имеет примесей, они концентрируются внутри агрегата, увеличивая  солесодержание в котле кратно в зависимости от паропроизводительности котла.

Качество теплоносителя проверяется по многим показателям:

• Органические загрязнители, содержание кислорода.
• Кислотно-щелочной баланс.
• Физико-химические параметры - мутность, предельно допустимые концентрации газообразных веществ, металлов, солей.

Наиболее распространенные примеси в исходной воде

Перед тем как установить котлы, особенно паровые среднего и высокого давления, сырую воду тщательно исследуют по химсоставу и по пробам устанавливают предельное содержание примесей в питательной воде.

Качество воды должно отвечать нормам установленным заводом котельного оборудования. Для удаления вредных веществ и поддержания допустимого солесодержания котловой воды разрабатывают схему химвоодоочистки и выбирают соответствующее оборудование, которое будет удалять вредные примеси и химические элементы в нужном объеме.

Классификация вредных примесей в сырой воде, подлежащих удалению перед поступлением питательной воды в котлоагрегат:

• Растворенные вещества — твердые ингредиенты: карбонаты и сульфаты Са и Mg. При температуре свыше 65 С они отлагаются на металлических поверхностях в виде накипи.
• Взвешенные вещества, присутствуют в воде в форме взвесей, минеральной либо органической основы. Они обычно не опасны для котла, поскольку легко удаляются путем фильтрования.
• Агрессивные легкорастворимые газы: O2 и CO2 их присутствие способствует коррозии стальных поверхностей нагрева котла.

Жесткость

Сырая или исходная вода может относиться к мягкому или жесткому типам. В жесткой находятся соли жесткости Са и Mg, образующие накипь. В мягкой воде подобных примесей нет или они присутствуют в незначительных количествах. Жесткость определяется в мкг-экв/кг.

Присутствует два общепринятых вида жесткости:

• Временная или щелочная жесткость — бикарбонаты Са и Mg. Эти слабые легкорастворимые в воде соли, образующие щелочной раствор. В процессе нагрева теплоносителя они распадаются, с образованием СО2 и рыхлыми отложениями, выпадающими в шлам при больших скоростях движения теплоносителя.
• Постоянная или нещелочная жесткость аналогично обусловлена наличием солей Са и Mg, но в формуле сульфатов и хлоридов. При росте температуры воды в котле падает растворимость, соли переходят в трудноудаляемую накипь. При наличии в ней оксида кремния, вступающего в химреакцию с солями Са и Mg, образуются силикаты, ухудшающие теплообмен и вызывающие местный перегрев экранных труб с разрывом и возможным взрывом котла.
• Общая жесткость воды равна сумме концентраций в теплоносителе ионов Са и Mg.

Водородный показатель рН

В системе подготовки питательной и подпиточной воды этот показатель имеет большое значение он также нормируется для каждого агрегата индивидуально. рН — это показатель содержание Н в воде, и представляет кислотную либо щелочную реакцию в воде. Общеизвестно, что В Н2О входят ионы 2-х типов — ионы Н+ и гидроксильная группа ОН-.

Если преобладают Н+, раствор считается кислотным, и имеет рН от 0 и 6.9. Когда больше ОН-, то раствор будет иметь щелочную характеристику с показателем рН между 7.1 и 14. В том случае, если число Н+ и ОН- равны между собой — вода имеет нейтральную характеристику, с показателем 7.

Щелочность

Практически для оценивания качества котловой воды применяется относительная щелочность котловой воды Щот, в %. Существуют такие разновидности щелочности воды:

• Общая (ЩO), характеризует наличие в теплоносителе разнообразных ионов;
• Гидратная (ЩГ), NaOH, связанная с ионами ОН-;
• Бикарбонатная (ЩБ), связанная с бикарбонатными ионами;
• Карбонатная (ЩK), Na2CO3 связанная с карбонатными ионами.
• Фосфатная (ЩФ), Н2РО4 связанная с фосфатами, при применении фосфатирования котловой воды;
• Силикатная (ЩС), НSiO3 связанная с силикатными ионами.

Данные виды взаимосвязаны между собой:

ЩO = ЩГ + ЩК + ЩK +ЩФ +ЩС

Определение щелочности котловой воды. В 1 мг-экв/кг котловой воды находится в мг/кг:

• 40 для NaOH;
• 84 для NaHCO3;
• 53 для Na2CO3.

Формула относительной щелочности:

Щ от=40*ЩО*100/S

Где:

• ЩО – общая щелочность, мг-экв/кг;
• S - сухой остаток, мг/кг;
• 40 - эквивалент NaOH, мг/кг.

Необходимо знать, что Щот для паровых котлоагрегатов Р до 4.0 МПа, оборудованных барабанами и коллекторами, выполненных методом сварки, государственными нормами не лимитируется.

Что такое питательная вода

Эта вода подается центробежными либо паровыми насосами в паровой котлоагрегат для компенсации отобранного пара потребителем. В мощных агрегатах это смесь конденсата, вернувшегося от пароприемников и химочищенной воды после деаэратора, восполняющих внутрикотельные и внешние потери конденсата от потребителей.

Поскольку системы химводоподготовки у котельных различаются. Важно понимать, где начинается питательная вода. В котельных с деаэрационной обработкой питательной воды, она начинается с деаэратора и поступает на всас питательного насоса.

Затем она как правила поступает в хвостовые котловые поверхности — экономайзеры, где повышает свою температуру с 105 до 155 С, перед подачей в нижний барабан котлоагрегата и топочные экраны.

Нормы качества питательной  воды для паровых  барабанных котлоагрегатов, которые работают с естественным  движением воды нормируется, и обязаны соответствовать таким показателям:

• Ж общая жесткость Р до 4 МПа не выше 5/10 мкг-экв/л для жидкого/твердого топлива;
• Кремниевая кислота для Р от 7 до 10 атм., но не больше 80 мкг/кг;
• Содержание О2, для Р до 10 атм не выше 20.0 мкг/кг;
• рН=9,10.

Характеристики котловой воды

На самом деле  это питательная вода, образовавшаяся при испарении и отборе паре потребителями. В результате такого процесса в котле накапливаются соли, поступающие с питательной водой. В паровых котлоагрегатах, имеющих систему ступенчатого испарения, максимальная концентрация солей находится в солевом отсеке.

Часть примесей котловой воды оседают: железо, соли временной жесткости и меди, и разлагаются, например, карбонаты в водяном тракте котла.

При разложении карбонатов натрия во внутреннем контуре котлоагрегата образуется NaOH и углекислый газ СО2, который уносится паром.

Нормы качества котловой воды устанавливаются заводом-изготовителем, а контролируются в процессе работы оперативным персоналом с помощью отбора котловой воды.

На что влияет качество котловой воды

От него зависит работоспособность котлагрегата и котельного оборудования: электронасосов, турбин и теплофикационных установок. Самый опасный процесс, который вызывает вода низкого качества — накипеобразование.

Накипь откладывается внутри экранных и конвективных труб и существенно снижает эффективность котла. Это происходит из-за низкой теплопередачи от дымовых газов котловой воде, при этом создаются зоны перегрева.

Рано или поздно пережог труб приведет к ее разрыву, с выбросом в топочное пространство горячей воды при высоком давлении в котле.

Резкий выброс котловой воды снижает давление в барабане котлоагрегата, перегретая вода мгновенно превращается в пар, с объемом кратно превышающий объем воды, создается ударная сила, которая разрывает конструкцию котлоагрегата и может выбросить барабан на десятки, а то и сотни метров, разрушая здания котельной.

Не менее опасно нахождение в котловой воде кислорода, который влияет на активизацию коррозионных процессов на стальных котловых трубах, коллекторах и барабанах. В том случае, когда с рН воды меньше 7, коррозия может повредить значительную часть котловых поверхностей.

При рН выше 9.5 щелочная вода будет сильно пениться, искажать реальный уровень воды в барабане котлоагрегата и может захватить пену паром, что очень опасно для паросилового оборудования. Кроме того повышенная щелочность создает условия для межкристаллического растрескивания и увеличения хрупкости стальных деталей.

Требования и нормы качества к воде в пароводяном тракте котла

После установки котла и оборудования ХВО проводятся наладочные испытания, в процессе которых устанавливается водно-химический режим агрегата, технология его непрерывной и периодической продувки.

Основные показатели химического состава котловой воды в барабанных котлоагрегатах с Р до 4 МПа, сварными барабанами с вальцовкой труб:

• Относительная щелочность до 50%.
• Жо= 5/10 для жидкого/твердого топлива, мкг-экв/кг.
• Прозрачность, определяемая методом шрифта - 40 см.
• Содержание Fe= 50/100 для жидкого/твердого топлива, мг/кг
• Содержание Cu= 10/не нормируется для жидкого/твердого топлива, мкг/кг.
• Содержание растворенного О2= 20/30 для жидкого/твердого топлива, мкг/кг
• Значение рН = 9.0 при 25 С.
• Содержание нефтепродуктов- 0.5 мг/кг.

Методы контроля качества котловой воды

Контроль   качественного состава котловой, питательной, продувочной и подпиточной воды проводится в обязательном порядке для всех типов водотрубных котлоагрегатов в соответствии с методическими указаниями РД 24.032.01-91.

Объем химконтроля определяется проектом химводоподготовки и данными наладочных испытаний. Он обязан гарантировать долговечную и эффективную работу основного и вспомогательного оборудования котельной по паросиловому и водяному тракту котла.

Химконтроль дает количественное представление о качестве сырой воды и смены своего состава в пароводяном тракте котла, системе ХВО и в конденсатопроводе. По этим данным определяют размер продувки котлоагрегатов, влажность пара и % возврата конденсата, а также эффективность функционирования деаэрационной установки.

Способы обработки питательной и котловой воды

Коррекционную обработку котловой воды начинают сразу же после забора из источника водоснабжения. Все потоки воды собирают в специальные баки: конденсата, деаэрационной воды, химочищенной воды, подпиточной воды и другие по схеме докотловой очистки воды.

Далее она поступает в системы водоочистки, которые могут состоять из одного или всех узлов:

• Механическая очистка — удаляет крупные нерастворимые взвешенные вещества.
• Система умягчения воды. С применением известкового смягчения воды или использованием натрий катионитовых ионообменных фильтров с регенерацией их хлористым натрием или поваренной солью.
• Для паровых котлов, имеющих барабаны и вырабатывающих пар с давлением до 10 атм, широкое используют метод фосфатирования котловой воды. Для поддержания рН=9,1 вводят фосфаты в барабан котлоагрегата.

Обработка воды в домашних условиях

Сложные ионообменные фильтровые установки довольно дорогостоящие, их установка может быть экономически нецелесообразной для котлов малой мощности, например, в жилых домах. В таких вариантах применяют более простые и дешевые средства химических и физических методов докотловой обработки воды: ультразвук, электростатика и магнитная котловая обработка.

Самым простым вариантом коррекционной обработки котловой воды считается магнитный метод водоподготовки. Вода, после магнитного поля, существенно теряет накипеобразующие качества. Кроме того она положительно воздействует на уже образованную накипь на трубах, которая разрыхляется, выпадает в шлам и выносится с продувочной водой.

Для того чтобы обеспечить нормативный срок эксплуатации котлов собственник должен выполнять все требования к качеству питательной и котловой воды. Для этого применяются специальные водоочистные системы, и контролируется состав воды, через выполнение анализов котловой воды и питательной воды.

Сегодня многие компании наладили выпуск компактных фильтров для очистки питательной воды, которые легко устанавливаются и эксплуатируются. К ним можно отнести марки MIGNON, Тайфун, Наша Вода и Гейзер. Фильтры отлично очищают воду перед подачей в котел, тем самым снижают процесс накипеобразования и коррозионного повреждения труб и теплообменников, что увеличивает их срок службы.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Паровое отопление — принцип работы, достоинства и недостатки