| dc.relation.references | узгоджуються щодо необхідності деаерації та пом'якшення води для подовження терміну служби на 15 … 20 років. Якість теплоносія в автономних системах опалення індивідуальних житлових будинків регламентується «Правилами технічної експлуатації теплових установок і мереж» [1, 2]. Дотримання встановлених нормативних параметрів теплоносія є важливою умовою забезпечення надійної, енергоефективної та довготривалої експлуатації теплогенеруючого обладнання і елементів системи опалення. У таблиці 1 наведено основні нормативні вимоги до якості води для закритих систем опалення, що використовуються в автономних системах теплопостачання житлових будинків. Таблиця 1 - Нормативних вимоги якості вози для закритих систем опалення Параметр pH Вміст O, мкг/дм Загальна жорсткість, мг-екв/дм Температура теплоносія, C Нормативне значення 8.3–9.5 [1] < 20 [1] < 0.1 (після пом'якшення) [1, 6] 70–95 (побутові котли) [2] Аналіз впливу відхилень від нормативних показників якості теплоносія на роботу газових котлів потужністю 20 … 50 кВт (характерних для індивідуальних житлових будинків площею 100 … 300 м) дозволив встановити низку закономірностей, пов’язаних із зміною теплотехнічних та експлуатаційних характеристик системи. Процеси накипоутворення (солевідкладення) Одним із основних негативних явищ є утворення накипу на поверхнях теплообмінників та трубопроводів. При нагріванні води до температур +80 … +90 C відбувається термічний розклад солей тимчасової жорсткості, зокрема гідрокарбонату кальцію: Ca ( HCO3 )2 CaCO3 +CO2 + H 2O У результаті реакції карбонат кальцію осаджується на внутрішніх поверхнях теплообмінників котлів (мідних або сталевих), трубопроводів (сталевих або полімерних) та радіаторів, формуючи шар накипу. Формування навіть тонкого шару відкладень (0,5 … 1 мм) призводить до істотного погіршення теплопередачі. Це пояснюється тим, що теплопровідність накипу становить l накипу = 0,1 - 0,2 Вт/м К , що у сотні разів менше, ніж теплопровідність сталі lсталь = 45 - 50 Вт/м К [3]. Унаслідок цього зростає тепловий опір теплопередачі, що призводить до зменшення коефіцієнта теплопередачі та погіршення ефективності роботи теплообмінного обладнання. Загальний коефіцієнт теплопередачі визначається залежністю: 1 1 d 1 , (1) = + + k a1 l a 2 де: — коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до внутрішньої поверхні стінки теплообмінника, Вт/(мК); — коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінки до середовища або другого теплоносія, Вт/(мК); — товщина шару відкладень (накипу) або стінки, м; — коефіцієнт теплопровідності шару накипу або матеріалу стінки, Вт/(мК) Збільшення товщини шару накипу призводить до зростання термічного опору теплопередачі та відповідного зменшення загального коефіцієнта теплопередачі, що викликає підвищення температури стінок теплообмінника, перевитрати палива та прискорене зношування обладнання. Крім того, наявність відкладень сприяє локальному перегріву металу теплообмінника, що може викликати виникнення термічних напружень, деформації елементів теплообмінної поверхні та зниження ресурсу котельного обладнання. Практичні дослідження показують, що утворення шару накипу товщиною лише 1 мм знижує коефіцієнт теплопередачі приблизно на 8 … 10 %, що потребує збільшення різниці температури теплоносія (T) на 5 … 10 C для забезпечення тієї ж теплової потужності. Як наслідок спостерігається зростання витрати природного газу на 7 … 12 %, що призводить до зниження ефективності роботи котла. У такому випадку коефіцієнт корисної дії газового котла може знижуватися приблизно з 92 % до 82 % [3, 5]. У системах опалення без застосування хімічної водопідготовки (ХВО) процес накипоутворення може інтенсивно розвиватися вже протягом 1–2 опалювальних сезонів, особливо за умови використання води з підвищеною жорсткістю (понад 3 мг-екв/дм), що є характерним для багатьох регіонів України [6]. Емпіричні дослідження [7] показують, що швидкість накопичення накипу суттєво залежить від жорсткості води. Навіть при відносно низькій жорсткості (~0,1dH) на поверхнях теплообмінників може утворюватися близько 0,1 мм відкладень за рік, тоді як при жорсткості близько 1dH товщина накипу може досягати приблизно 1 мм/рік. У системах опалення без належної водопідготовки це призводить до накопичення шару відкладень у декілька міліметрів протягом кількох років експлуатації, що істотно погіршує теплопередачу та підвищує витрати палива. Корозійні процеси. Іншим важливим фактором, що впливає на надійність систем опалення, є електрохімічна корозія металевих елементів системи [5, 6]. Наявність розчиненого кисню у теплоносії (O > 20 мкг/дм) та відхилення водневого показника pH у кислу сторону (pH < 8,3) сприяють інтенсифікації корозійних процесів у сталевих трубопроводах та теплообмінниках котлів. Основна реакція корозійного окиснення заліза має вигляд: 4 Fe + 3O + 6 H O 4 Fe ( OH ) . Швидкість корозії сталевих елементів систем опалення суттєво залежить від хімічного складу води, зокрема її кислотності, вмісту розчиненого кисню та мінералізації. При зниженні значення pH до нейтральної або слабокислої області (приблизно pH 6,5–7,0) корозійна активність водного середовища зростає, оскільки зменшується стабільність захисних оксидних плівок на поверхні сталі. За даними експериментальних досліджень, у звичайній воді швидкість рівномірної корозії вуглецевої сталі зазвичай становить приблизно 0,02–0,07 мм/рік, залежно від складу води та умов циркуляції. За несприятливих умов експлуатації (підвищений вміст кисню, відсутність захисних відкладень або інтенсивний масообмін) швидкість корозії може зростати до значень порядку 0,1–0,3 мм/рік. Підтримання слаболужного середовища теплоносія (pH близько 8,3–9,5), передбаченого нормативними вимогами, сприяє формуванню стабільних захисних плівок оксидів заліза та суттєво знижує швидкість корозійного руйнування металу. Продукти корозії — оксиди та гідроксиди заліза, що утворюють шламові відкладення, транспортуються потоком теплоносія та осідають у радіаторах і вузьких каналах опалювальних приладів. У біметалічних та алюмінієвих радіаторах, де діаметр каналів становить лише 5–10 мм, такі відкладення можуть зменшувати прохідний переріз на 20 … 30 %, що погіршує циркуляцію теплоносія. Додатково слід враховувати, що вміст розчиненого кисню у звичайній водопровідній воді становить 5 … 10 мг/дм, що у 250 … 500 разів перевищує нормативні значення для теплоносія систем опалення [1, 6]. Це пояснює інтенсивний розвиток корозійних процесів у системах, де відсутня належна дегазація або хімічна підготовка води. Вплив відкладень на гідравлічні характеристики системи Накопичення накипу/шламу підвищує абсолютну шорсткість труб з 0.1 мм (нова) до 0.5 мм, зменшуючи число Рейнольдса Re та збільшуючи опір (за формулою Дарсі-Вейсбаха). Для типового контуру (L=50 м, D=20 мм) опір зростає на 30 … 50%, циркуляційні насоси (0.5 … 1 кВт) перевитрачають електроенергію на 25 … 30% або не забезпечують витрату G=0.5 … 1 м/год, спричиняючи "холодні радіатори" (розбаланс T>10C у кінці) [4, 5]. На рис. 1 представлено схему залежності опору від шорсткості. Рисунок 1 – Схема впливу шорсткості труб на гідравлічний опір системи опалення Висновки Експлуатаційна надійність та енергоефективність систем опалення індивідуальних житлових будинків прямо залежать від якості теплоносія. Непідготовлена водопровідна вода спричиняє накип, корозію та зниження ККД котлів. Рекомендується впровадження ХВО: іонообмінні пом'якшувачі, деаератори, інгібітори корозії, що зберігає ККД та подовжує експлуатацію на 15 … 20 років. Контроль водно-хімічного режиму дозволяє знизити енергоспоживання систем опалення на 7 ... 12 % та підвищити надійність обладнання. Отримані результати можуть бути використані при проєктуванні та експлуатації автономних систем опалення для обґрунтування необхідності водопідготовки. СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ | uk |
