Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Отработки универсальной технологии лечения любых теплоэнергетических систем с водосодержащим теплоносителем

М. Н. Торопов, заведующий лабораторией кафедры «Электропоезда и локомотивы» Российского университета транспорта (РУТ МИИТ)

Н. В. Васильев, инженер Российского университета транспорта (РУТ МИИТ)

А. С. Селиванов, старший преподаватель кафедры «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта» Российского университета транспорта (РУТ МИИТ)

Статья является развитием статьи «Методы повышения энергоэффективности и безопасности работы децентрализованных систем теплоснабжения при эксплуатации», опубликованной в первом номере журнала «Инженерные системы» за 2023 год.

Более 20 лет специалисты МИИТ ныне РУТ (МИИТ) в инициативном порядке занимаются вопросами продления ресурса мобильных и стационарных теплоэнергетических систем за счет очистки и защиты теплопередающих поверхностей от коррозионных и накипных отложений, применяя энергетический метод водоподготовки (ЭМВ), осуществляемый путем введения энергента в систему в виде суспензии.

Применение ЭМВ — это создание в обрабатываемой системе условий к дифференцированному проявлению естественных природных механизмов, вызывающих изменение направления процесса осаждения в двойном электрическом слое на границе раздела фаз, к разрыхлению отложений, в постепенном снижении адгезии между коррозионно-накипными отложениями и конструкционными материалами благодаря образующемуся за счет диффузии защитному слою, к созданию в потоке теплоносителя новых центров коагуляции с центрами коагуляции из частиц, разрушаемых отложений, к связыванию свободного кислорода в воде за счет окисления низших окислов железа, к прекращение биокоррозии и биообрастания, К особо интересным свойствам относятся: обеспечение долговременного авторегулирования водородного числе (рН), снижение жесткости воды, затягивание мелких течей.

Эти и другие свойства энергента обнаружились в процессе попыток объяснить получаемые результаты, что и привело к технологии водоподготовки, минимизирующей затраты человеческих ресурсов, надежной и удобной в эксплуатации. Для отработки использовались объекты МПС, РЖД/Минтранса (водяные тракты котельных, цеховые сети тепло- и водоснабжения, системы охлаждения тепловозов, компрессоров, системы отопления и водоснабжения пассажирских вагонов, вокзалов и жилых зданий), а также водоохлаждаемое промышленное оборудование, теплые полы зданий.

В ЭМВ применяются химически инертные механоактивированные [1] минералы с определенными физическими и энергетическими характеристиками. Используемые в ЭМВ вещества разрешены для подготовки питьевой воды.

В разных по назначению тепловых системах и при разных температурных диапазонах наблюдается идентичность и стабильность процессов. Примерами сказанному могут служить результаты сравнение графиков «снижения скорости коррозии» при использовании ЭМВ в тепловых сетях и паровых котлах (рис.1, 2). В данном случае это котел BUSTER марки NBQ 1500GD, топливо — газ. На эффективность ЭМВ по снижению скорости коррозии (рис. 2) мало влияет даже завышенный, по сравнению с расчетным, суммарный расход теплоносителя от постоянных и периодических продувок (рис. 3).

Понятно, что увеличенное потребление умягченной воды из автоматической системы водоподготовки и питательной воды обычно вызывает усиление коррозионных процессов труб экрана упомянутого котла и во всех частях парового и конденсатного тракта [2].

В процессе эксплуатации котла владельцем применялся коагулянт К, предназначенный для поддержания рН котловой воды в диапазоне 10,5–11,8 и защиты внутренних водопаровых трактов системы от коррозии за счет создания на стенках защитной пленки из магнетита.

Рис. 1. График изменения скорости коррозии на примере тепловых сетей Павелецкого вокзала. Период наблюдения более восьми лет (2003–2012 гг.). Уменьшение скорости коррозии — в 285 раз

Рис. 2. График изменения скорости коррозии на двух паровых котлах фирмы BUSTER марки NBQ 1500GD в котельной (топливо — природный газ) за период с января по декабрь 2022 года

Рис. 3. График «Сравнения фактического и расчетного объемов продувки (постоянная + периодическая) для котла № 1 за период март-ноябрь

Наша технология показала полную совместимость с применением коагулянта К даже при суммарном семикратном (в 2 этапа в 3,5 и в 2 раза) увеличении дозировки коагулянта К. На рис. 4 продемонстрирована компенсация энергентом скачка параметров котловой и питательной воды при последнем двойном увеличении дозировки коагулянта К.

Рис. 4. Компенсация энергентом скачка параметров котловой и питательной воды при двойном увеличении дозировки коагулянта К в период с 17.08 по 14.10.2022 года

ЭМВ позволяет устранить еще одну проблему — биокоррозию [3] в системах водяного охлаждения двигателей. Обычно рекомендуемая температура охлаждающей жидкости (ОЖ) плюс 75–85 ^°С. При учете реальности эксплуатации тепловозных дизелей вода и водосодержащие ОЖ с низкой температурой замерзания являются средой обитания железобактерий. Использование ЭМВ в качестве профилактических мер позволяет перевести эти бактерии в споры с последующим разрушением образованных ими построек и разрушением накипных отложений. При этом происходит окисление окислов железа до магнетита.

Накопленный опыт по результатам применения ЭМВ позволяет нам даже при недостатке первичной информации о составе и состоянии нового объекта работать, используя осредненные статистические данные. Мы убедились на практике, что наличие существенного расхождения результатов между статистикой и фактическим замером заставляет начать искать причину расхождения и устранить ее, позволяет обнаружить несанкционированные или излишне произведенные потери теплоносителя или топлива.

Учитывая большие водные ресурсы нашей страны и большие потери металла от коррозии в морской и пресной воде, с 2016 года начаты лабораторных опыты по замедлению коррозии методом МЭВ [4, 5]. Результаты показали снижение скорости коррозии в морской воде с энергентом на 26% , а в дистиллированной воде с энергентом — уменьшение на

47%. График (рис. 5) демонстрирует возможности регулирования Рн изменением содержания энергента для быстрого регулирования скорости коррозии без применения химреагентов [5].

Рис. 5. График регулирования Рн для слабых растворов

В настоящее время продолжаются совместные работы с Институтом океанологии им. П. П.  Ширшова РАН по биообрастанию и биокоррозии в морской воде. Сейчас обрабатываются материалы, полученные в период экспедиции в Карское море в сентябре-октябре 2022 года.

Выражаем благодарность Е. Л. Палею, к. т. н., генеральному директору ООО «ПКБ «Теплоэнергетика», П. П. Бегунову, доценту кафедры «Водоснабжение, водоотведение и гидравлика» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I», В. Ю. Савинову, инженеру Российского университета транспорта (РУТ МИИТ), обеспечившим возможность проведения внепланового эксперимента.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. В. Болдырев. Механохимия и механическая активация твердых веществ / Успехи химии 75(3) 2006. Российская академия наук. Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского. УДК53.091. Стр. 203–216.
2. Рекомендации к организации системы планово-предупредительных ремонтов паровой котельной на производстве (booster-rus.ru) https://booster-rus.ru/vazhnoe/rekomendaczii-k-organizaczii-sistemy-planovo-predupreditelnyh-remontov-parovoj-kotelnoj-na-proizvodstve/?ysclid=ledbgjrhpl795006442
3. Торопов М. Н., Селиванов А. С., Перков И. Е., Васильев Н. В. /Взаимосвязь экологичности, безопасности и энергоэффективности при использовании ЭМВ в системах водотеплоснабжения / Инженерные системы 1/2022. ISSN 1609-3851. Стр. 32–43.
4. Васильев Н. В. Метод снижения скорости коррозии и образования отложений в морской и пресной воде // Современные методы и средства океанологических исследований: Материалы XV Всероссийской научно-технической конференции «МСОИ2017». Том 2. М., 2017. С. 155–157.
5. Васильев Н. В., Торопов М. Н., Селиванов А. С. Проверка метода снижения скорости коррозии в морской и пресной воде в застойных зонах затопленных конструкций // Современные методы и средства океанологических исследований («МСОИ 2021»): Материалы XVII Международной научно-технической конференции. Том 2. М., Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, 2021. 278 с.

Скачать PDF-версию статьи «Отработки универсальной технологии лечения любых теплоэнергетических систем с водосодержащим теплоносителем»