В открытых системах теплоснабжения подпиточная вода у источников тепла перед поступлением в тепловую сеть проходит соответствующую обработку на станции водоподготовки с целью удаления солей жесткости, растворенного в воде воздуха и углекислого газа. Подпиточная вода не должна вызывать накипеобразо-вания и шламовыделения в водоподогревателях, трубопроводах и местных системах теплопотребления, а также вызывать коррозию металла.
Кроме того, при открытом водоразборе подпиточная вода должна удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Качественной вода будет только в том случае, если трубы из нержавеющей стали будут установлены по всем правилам.
Требования к подпиточной воде согласно «Правилам технической эксплуатации электростанций и сетей»:
— содержание кислорода — не более 0,05 мг/л;
— содержание взвешенных частиц — не более 5,0 мг/л;
— остаточная карбонатная жесткость — 0,4 мг-экв/л — и отсутствие свободной углекислоты при наличии в системе пиковых водогрейных котлов;
— остаточная карбонатная жесткость — 0,7 мг-экв/л — и количество свободной углекислоты не нормируется при отсутствии в системе пиковых водогрейных котлов.
Необходимость более тщательной обработки воды при наличии пиковых водогрейных котлов объясняется большей температурой поверхности нагрева пиковых котлов в сравнении с пиковыми пароводяными подогревателями.
На станциях водоподготовки производится умягчение воды, т.е. понижение жесткости в Na- или Н-катионитовых фильтрах, удаление растворенных в воде воздуха и газов в вакуумных или атмосферных деаэраторах. Кроме того, при высокой исходной жесткости воды иногда применяют предварительную щелочную обработку, а при остаточном содержании агрессивных газов — дополнительную обработку воды силикатом натрия.
Подготовка и обработка подпиточной воды у источников тепла подробно излагалась в курсе «Теплогенерирующие установки».
Природная вода, употребляемая для нужд горячего водоснабжения, содержит различные примеси: грубодисперсные, коллоиднодисперсные и растворенные в виде молекул или ионов. Некоторые из примесей присутствуют в воде в концентрациях, вызывающих нарушение нормальной работы оборудования и систем горячего водоснабжения в целом.
К основным показателям, характеризующим качество воды на нужды горячего водоснабжения, относятся карбонатная и общая жесткость, растворенный кислород и свободная углекислота, концентрация водородных ионов pH.
Общая жесткость воды Жо характеризуется суммарным содержанием в ней катионов кальция (Са2+), магния (Mg2+) и подразделяется на карбонатную Жк и некарбонатную Жн. Карбонатная жесткость характеризуется совместным содержанием ионов Са2+ и Mg2+ и НСО3. Величина жесткости выражается в миллиграммах-эквива-лентах катионов, растворенных в 1 л воды (мг-экв/л).
Количество выпадаемых накипи и шлама в трубопроводах теплосетей и системах горячего водоснабжения зависит от величины карбонатной (временной) жесткости. При Жк < 2 мг-экв/л вода считается мягкой, в системе практически не образуется накипи и шлама, поэтому нет необходимости осуществлять обработку воды с целью защиты от зашламления. При 2 < Жк < 4 мг-экв/л, т.е. при средней жесткости воды, на внутренней поверхности труб, водоподогревате-лей и системы горячего водоснабжения образуется тонкий слой накипи, который защищает от коррозии и практически не влияет на гидравлический режим системы. При использовании воды с высокой жесткостью (Жк > 6 мг-экв/л) образуется толстый слой накипи и большое количество шлама, поэтому необходимо применять защиту от накипеобразования и зашламления.
Образование шлама и отложение накипи в трубах, водоподогре-вателях и в системах горячего водоснабжения происходит при температуре воды до 75 °С вследствие распада содержащихся в водопроводной воде солей кальция и магния (бикарбонатов):
Са(НС03)2 = СаС03 + Н20 + С02,
Mg(HC03)2 = MgC03 + Н20 + С02.
Карбонаты СаСОз и MgC03 отлагаются на поверхности трубопроводов в виде накипи и выпадают в осадок в виде шлама.
Жесткость воды характеризуется количеством в ней этих и других солей. По наличию в воде бикарбонатов Са(НСОз)2 и Mg(HC03)2, которые распадаются при нагревании, определяется карбонатная (временная) жесткость воды. Некарбонатная (постоянная) жесткость характеризуется наличием в воде труднорастворимых солей CaSC>4, MgS04, СаСl, MgCl2, CaSi03 и др. Суммарное содержание всех солей характеризует общую жесткость воды.
Коррозия трубопроводов происходит вследствие наличия в водопроводной воде растворенных кислорода 02 и двуокиси углерода С02, а также солей серной и соляной кислот.
Растворимость в воде кислорода при атмосферном давлении и прямом контакте с воздухом следующая: О °С — 14,6 мг/л; 10 °С -11,3 мг/л; 20 °С — 9,1 мг/л; 25 °С — 8,3 мг/л; 90 °С — 1,6 мг/л и 100 °С — 0. Находящийся в воде кислород интенсифицирует процессы коррозии труб и оборудования.
Агрессивные качества воды, зависящие от содержания в ней С02, определяются индексом насыщения, воды карбонатом кальция, который определяется по уравнению
J = pH-pH5
где pH — фактическая величина показателя концентрации ионов водорода в воде;
pHs — значение pH в состоянии равновесного насыщения воды карбонатом кальция.
Вода считается коррозионно-агрессивной, если показатель насыщения J< 0, т.е. pH < рH5„ при содержании С02 в воде, большем равновесной концентрации. В этом случае разложения бикарбонатов Са и Mg не происходит, т.е. на стенках труб не образуется защитная пленка. Вода считается коррозионно-неагрессивной если J > 0, т.е. pH > pH5, содержание С02 в воде меньше равновесной концентрации. В этом случае активно протекают реакции с образованием защитной пленки накипи, предохраняющей от коррозии.