Главная | КС (Энергетика и ЖКХ) | Статьи | События | Опыт реновации систем отопления зданий и сооружений

События

Опыт реновации систем отопления зданий и сооружений

KC0142_vnut40

KC0142_vnut41

М. В. Лукин, к.т.н. А. В. Рыженков, к.т.н. С. И. Погорелов, к.т.н., А. В. Волков, д.т.н.

Согласно Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2030 года [1] приоритетной целью  развития теплоснабжения является достижение высокого уровня комфорта в жилых, общественных и производственных помещениях. Технический потенциал повышения эффективности систем централизованного теплоснабжения и теплопотребления в России оценивается в 840 млн. Гкал/год [2], что составляет порядка 50% производимой тепловой энергии. Основная часть этого потенциала – повышение эффективности использования тепловой энергии в зданиях (460 млн. Гкал) и в промышленности (160 млн. Гкал).

Повышение энергоэффективности, экономичности и надежности систем
теплоснабжения может быть осуществлено за счет оптимизации структурного построения и управления систем теплоснабжения, развития теплофикационной выработки тепловой энергии и повышение энергоэффективности, экономичности и надежности элементов системы (источника, тепловых сетей и систем теплопотребления) [3].

Одной из основных проблем в системах теплоснабжения Российской Федерации является износ основных фондов теплоснабжения, который составляет 65÷70%, и низкая эффективность их функционирования. Например, общее количество тепловых сетей в Российской Федерации, нуждающихся в замене, превышает 28% от общей их протяженности [4].  В этой связи чрезвычайную актуальность приобретает проблема, связанная с повышением эффективности, сохранением и продлением ресурса оборудования и трубопроводов эксплуатирующихся систем отопления зданий. В значительной степени текущее положение предопределяется процессами коррозии и накопления на функциональных поверхностях оборудования и трубопроводов систем отопления зданий оксидов железа и отложений в виде различных солей жесткости (в основном солей кальция и магния).

Как известно, коррозия конструкционных материалов является одной из основных причин повышения аварийности и снижения ресурса различного оборудования.

С другой стороны, накопление на функциональных, в т.ч. теплообменных, поверхностях оборудования продуктов коррозии и отложений является причиной существенного снижения интенсивности теплообменных процессов и снижения пропускной способности трубопроводов со всеми вытекающими последствиями.

Для эксплуатирующих организаций и потребителей тепловой энергии обозначенная проблема является причиной перерасхода электрической энергии на транспортировку теплоносителя,  дополнительных расходов на устранение неплотностей систем отопления и последствий протечек, недопоставки тепловой энергии и связанной с этим необходимостью компенсации недопоставки, в том числе с использованием электроприборов.

Традиционно для снижения интенсивности накопления отложений на функциональных поверхностях систем отопления зданий применяется целый ряд методов, но по различным обстоятельствам актуальность проблемы  не снижается [5]. Для удаления отложений с поверхностей приборов отопления и разводящих трубопроводов применяют в основном химические промывки, основанные на применении композиций на основе различных кислот 2 и 3-го классов опасности. Применение такого рода композиций в системах отопления с длительным сроком службы всегда сопровождается высокими рисками травмирования металлических поверхностей, образования свищей и протечек, в том числе токсичных моющих композиций при проведении работ.

Для восстановления (реновации) и последующего улучшения проектных термогидродинамических характеристик, а также многократного повышения коррозионной стойкости оборудования и трубопроводов систем отопления успешно применяется экологически чистая ПАВ-технология [6–8], запатентованная в Российской Федерации [9].

Технология базируется на использовании поверхностно-активного  ингибитора коррозии, молекулы которого обладают способностью адсорбироваться на металлической поверхности, разрыхлять и отслаивать накопившиеся термобарьерные отложения и продукты коррозии, создавая при этом на поверхности очищенного металла плотноупакованную молекулярную пленку, являющуюся надежным барьером для доступа коррозионно-активных соединений и обладающую способностью значительно уменьшать степень адгезии (сцепляемость) твердых частиц к функциональным поверхностям оборудования и трубопроводам систем отопления.

В рамках настоящей статьи приводится описание результатов  реализации ПАВ-технологии для реновации системы отопления здания санатория-профилактория НИУ «МЭИ»,  расположенного по адресу: г. Москва, ул. Энергетическая, д. 8, к. 3 (рисунок 1).

Здание профилактория построено в 1930 г. Теплоснабжение осуществляется от ТЭЦ-11 ПАО «Мосэнерго».  Система отопления здания профилактория закрытая, подключена к двухтрубной тепловой сети по зависимой схеме. Распределение  теплоносителя – по чердачному помещению, с двухтрубной схемой присоединения отопительных приборов. В качестве отопительных приборов установлены чугунные радиаторы марки М-140АО. Общее проектное количество приборов отопления – 128 шт. Теплоснабжение здания профилактория осуществляется от ЦТП ПАО «МОЭК» по температурному графику 130/70°С с изломом при температуре наружного воздуха 4ºС.  На тепловом вводе установлен нерегулируемый элеватор, обеспечивающий подачу теплоносителя в здание по температурному графику 95/70°С. За последние 30 лет  эксплуатации системы отопления здания мероприятий по очистке системы отопления не проводилось.

На предварительном этапе реализации ПАВ-технологии была проанализирована имеющаяся в санатории-профилактории техническая документация, касающаяся системы отопления, и проведено комплексное обследование, включающее:

– тепловизионную съемку отопительных приборов;

– вырезки участков трубопроводов и определение химического состава отложений и удельной загрязненности;

– анализ результатов измерений параметров теплопотребления за предыдущий отопительный период.

Анализ показаний  теплосчетчика за предшествующий отопительный период показал, что фактическая тепловая мощность системы отопления здания в зоне качественного регулирования температурного графика составляла порядка 80–90% от проектного значения, при этом значения расхода и температуры теплоносителя, поступающего в систему, были близки к расчетным.

Как показали результаты проведенного исследования, основной причиной низкого теплосъема является большое количество термобарьерных отложений, накопленных на поверхностях отопительных приборов и трубопроводах за время эксплуатации в количестве около 2500 г/м2 при толщине 1,5 – 3 мм (см. рисунок 2). Отложения преимущественно состоят из окислов железа (около 75% от общей массы), что свидетельствует об интенсивной коррозии стальных поверхностей. Как правило, такие отложения плотно прилегают к стенкам металла и труднорастворимы даже в концентрированных минеральных кислотах. Исследование поверхности трубы после снятия отложений показало наличие коррозионных язв диаметром от 1 мм до 10 мм  при  глубине до 2 мм.

Работы по реализации ПАВ-технологии были проведены в межотопительный период без ущерба производственной деятельности санатория. Для реализации ПАВ-технологии был использован специально разработанный мобильный технологический комплекс (МТК). В состав МТК входят: мобильная установка (общий вид представлен на рисунке 3), химико-аналитическое и диагностическое оборудование.

Мобильная установка состоит из трех конструктивно обособленных модулей: технологического модуля удаления отложений, технологического модуля приготовления эмульсии и технологического модуля нагрева и циркуляции. Технологический модуль удаления отложений предназначен для проведения работ по очистке системы отопления с использованием различных моющих композиций и рабочих сред, в том числе аэрогидравлических. Технологический модуль приготовления эмульсии предназначен для создания и дозирования водной эмульсии ПАВ с заданной концентрацией и температурой. Технологический модуль нагрева и циркуляции предназначен для организации циркуляционного контура «объект-установка» и нагрева циркулирующей композиции с целью обеспечения условий для адсорбции ПАВ на внутренние поверхности трубопроводов и приборов отопления и формирования молекулярной защитной пленки ПАВ.

При реализации технологии на первом этапе были созданы условия для проникновения молекул ПАВ в микропоры отложений, разрыхления и отслаивания их в виде мелкодисперсного шлама. Это обстоятельство позволило на втором этапе  эффективно удалить рыхлые отложения и продукты коррозии без повреждения защитных оксидных пленок, что практически всегда происходит при применении химических промывок. При этом полностью была исключена вероятность забивания проходных сечений трубопроводов и оборудования систем теплоснабжения (стояков и отводов систем отопления, отопительных приборов, пластинчатых теплообменников и др.). На третьем этапе была сформирована на очищенных поверхностях молекулярная пленка ПАВ, обеспечивающая существенное снижение скорости протекания коррозионных процессов и скорости накопления отложений в период дальнейшей эксплуатации и простоя системы отопления.

Концентрация ПАВ в рабочей среде контролировалась с использованием химико-аналитического оборудования МТК. Оценка качества формирования пленки ПАВ в процессе проведения работ производилась с использованием контрольных образцов (образцов свидетелей). Значение удельной сорбции ПАВ на образцах составило 12,35 мг/м². Этого достаточно для обеспечения гарантированной защиты металлических поверхностей от коррозии (увеличение коррозионной стойкости не менее чем в 5 раз) и существенное снижение скорости накопления новых отложений, о чем свидетельствует обширная практика применения ПАВ-технологий в системах теплоснабжения.

Качественная оценка эффективности работы отопительных приборов в результате применения ПАВ-технологии была получена при использовании тепловизионной съемки, проведенной до и после выполнения работ при идентичных параметрах теплоносителя и температуре окружающего воздуха. Тепловизионное обследование радиаторов проводилось в соответствии с ГОСТ 26629-85. Температура воздуха и влажность в помещении определялась  аспирационным психрометром М-34М. Температура теплоносителя на входе в отопительные приборы измерялась с помощью штатного термометра, установленного на подающем трубопроводе в тепловом узле здания.

На основе анализа термограмм отопительных приборов (см. рисунок 4)  установлено, что в результате работ была восстановлена циркуляция теплоносителя через 7 отопительных приборов, работавших на 10–30% от своей проектной мощности, средние температуры на поверхностях всех отопительных приборов увеличились на 2÷10ºС, температурные поля выровнялись. В частности, средняя температура поверхности отопительных приборов, расположенных в помещении кухни, увеличилась с 33º до 56ºС.

Количественная оценка эффективности системы отопления санатория была получена по окончании следующего отопительного периода. Тепловая мощность системы в результате внедрения ПАВ-технологии увеличилась на 10÷20% при идентичных параметрах теплоносителя на вводе в систему отопления (температура и расход) и температуры наружного воздуха, достигнув проектных значений [3, 10]. Кроме того, увеличение мощности системы обеспечило снижение температуры теплоносителя в обратном трубопроводе в среднем на 2ºС.

Отличительной особенностью ПАВ-технологии является ее уникальная  способность обеспечивать удаление отложений с поверхностей оборудования и трубопроводов системы отопления, не травмируя конструкционные материалы и не осуществляя демонтаж элементов системы теплоснабжения, которая в очередной раз была продемонстрирована при проведении работ в санатории.

Полученные данные свидетельствуют о достижении условий повышения качества теплоснабжения, т.е. создании более комфортных условий в отапливаемых помещениях. Реализация ПАВ-технологии обеспечила и улучшение экономических показателей работы системы отопления, в том числе: повышение надежности системы (экономия затрат на ремонтах, в том числе аварийных), снижение затрат электроэнергии на транспортировку теплоносителя, а также  устранение необходимости компенсации недопоставок тепловой энергии потребителям индивидуальными отопительными приборами, потребляющими дорогостоящую электрическую энергию.

Список литературы

1. «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года», утвержденная распоряжением №1715р  Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 года.

2. И. А. Башмаков. Повышение энергоэффективности в системах теплоснабжения Часть II. Потенциал и мероприятия энергосбережения в системах теплоснабжения. «Энергосбережение». – 2010 № 2. С. 46–51.

3. М. В. Лукин. Повышение эффективности систем централизованного теплоснабжения. Учебное пособие. –
г. Тверь. Научная книга, 2015. 52 с.

4. Анализ состояния централизованного теплоснабжения в России в 2012–2014 гг. Журнал «Новости теплоснабжения», № 6 (190), 2017.

5. В. А. Рыженков, М. В. Лукин. О состоянии проблемы образования термобарьерных отложений и возможности использования минерализованной воды в системах теплоснабжения в качестве теплоносителя. – Вестник МЭИ. 2008.

6. Рыженков В. А., Волков А. В., Лукин М. В. О состоянии проблемы теплоснабжения и опыте реализации ПАВ-технологии для реновации системы отопления здания школы № 42 г. Воркуты. – Промышленная теплоэнергетика, № 6, 2012.

7. Рыженков А. В., Лукин М. В., Курашаков А.В., Погорелов С. И., Лихачев А. Н., Пульнер И. П., Хритюк Т. Н. Результаты реализации ПАВ-технологии в системе теплоснабжения г. Москвы. – Энергосбережение и
водоподготовка, № 6 (86) 2013 С. 9–14.

8. Рыженков А. В., Лукин М. В.,  Курашаков А. В., Погорелов С. И. , Карпунин А. П. Результаты работ по повышению эффективности систем централизованного теплоснабжения на основе ПАВ-технологии за 2003–2013 гг.
Надежность  и безопасность энергетики. № 2 (25). 2014 С. 18–22.

9. В. А. Рыженков, М. В.Лукин, С. И. Погорелов, А. В. Куршаков, А. П. Волошенко. «Способ эксплуатации систем теплоснабжения». Патент РФ на изобретение № 2323391  БИ № 12 от 27.04.2008 г . 2с.: ил.

10. С. В. Гужов. Методы определения и способы подтверждения энерго-сберегающего эффекта при передаче и использовании электрической и тепловой энергии / С.В. Гужов. – М.: Издательство МЭИ, 2015. 112 с.

КС  № 1(42) 2018 г.

 
 
 
Баннер
Баннер
Баннер
Баннер