XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

В данной статье рассматривается проблема резкого ухудшения водно-химического режима в переходный период на примере крупного теплоисточника города Нижний Новгород, использующего теплофикационные водогрейные котлы большой мощности в качестве основных мощностей для централизованного теплоснабжения. На основе анализа эксплуатационных данных Нагорной теплоцентрали зафиксирован значительный рост общей жесткости сетевой воды при запуске системы отопления в начале отопительного сезона. Исследование опирается на данные по общей жесткости на выходах котельной, подпитке, объемам магистральных сетей и состоянию оборудования, включая котлы ПТВМ. В статье анализируются причины загрязнения теплоносителя и оценивается экономический ущерб, связанный со снижением межремонтного интервала. Предложены меры по стабилизации химических показателей для предотвращения образования накипи в конвективных пакетах котлов.

Надежность работы мощных водогрейных котлов в системе централизованного теплоснабжения напрямую зависит от качества сетевой и подпиточной воды. Значительную долю тепловых мощностей Нагорной теплоцентрали (НТЦ) составляют водогрейные котлы ПТВМ, обеспечивающие теплом более 2000 зданий. НТЦ сталкивается с серьезным вызовом в конце сентября — начале октября. Переход от летнего режима с расходом через котельную 2800 м³/ч к зимнему пику в 12500 м³/ч сопровождается трехкратным увеличением объема воды в системе (с 12000 до 42000 м³). Котлы ПТВМ при номинальной нагрузке имеют высокое теплонапряжение топочного объема, напряжение сечения и, соответственно, большие тепловые потоки, особенно в ядре горения [1]. Поэтому даже при качестве сетевой воды, циркулирующей через котел и удовлетворяющей требованиям правил технической эксплуатации [2] наблюдается повышенная повреждаемость труб экранов и конвективных поверхностей нагрева в основном из-за больших внутренних отложений окислов железа и кальция в трубах. При стоимости капитального ремонта (после 20 лет эксплуатации) одного агрегата ПТВМ-50 в 52 млн. руб. и стоимости замены конвективных пакетов в 3,6 млн. руб. вопрос превышения жесткости переходит из технической плоскости в экономическую.

Мониторинг показателей проводился в период с 21 сентября по 10 ноября. Основным методом определения общей жесткости являлся комплексонометрический метод, согласно действующим методическим указаниям [4] (титрование пробы трилоном Б в присутствии индикатора). Анализ проб выполнялся для пяти очередей (выходов) котельной, а также для подпиточной воды. В качестве инструментальной базы рассматривались данные ВПУ (умягчение методом натрий-катионирования, 11 фильтров с номинальной пропускной способностью 495 м³/ч) и система вакуумной деаэрации общей производительностью 400 м³/ч.

На основании представленной ведомости зафиксирован скачок жесткости в очередях с типичных летних значений 30–100 мкг-экв/кг до критических 590–600 мкг-экв/кг в конце сентября. Основной причиной является массовое поступление загрязненного теплоносителя из внутридомовых систем при их включении в работу. Внутридомовые сети в межотопительный период часто подвергаются ремонтам или простоям без должной консервации, что приводит к накоплению солей и продуктов коррозии, также внутридомовые сети перед пуском тепла подвергаются промывкам из хозяйственно-питьевого водопровода, с жесткостью воды в среднем 4000-6000 мкг-экв/кг.

Таблица 1.

Ведомость жесткости НТЦ.

Второй фактор — гидравлическая нагрузка на водоподготовительную установку (ВПУ). При резком увеличении подпитки для заполнения разворачивающейся сети (дополнительные 30000 м³ объема) фильтры умягчения работают на пределе емкости катионита. В ведомости за 25 сентября зафиксирована жесткость подпитки 570 мкг-экв/кг, что свидетельствует о «проскоке» жесткости через химводоочистку из-за превышения расчетной скорости фильтрации и истощения обменной емкости катионита [3].

Данные показывают, что нормализация режима занимает около 25–30 дней. Если 25 сентября жесткость составляла порядка 600 мкг-экв/кг, то к началу ноября значения стабилизировались на уровне 140 мкг-экв/кг. Длительное нахождение воды с жесткостью выше 300 мкг-экв/кг в котловом контуре ведет к экспоненциальному росту накипеобразования. Учитывая химическую нагрузку, расчетная скорость отложений может сократить срок службы конвективной части с оптимальных 6-8 лет до 3-4 лет.

Экономический эффект от преждевременного выхода из строя конвективных пакетов котлов, влечет за собой финансовые потери, где стоимость замены составляет 3,6 млн. руб. При наличии 8 котлов суммарные риски достигают десятков миллионов.

По результатам анализа динамики жесткости воды в начале отопительного сезона сделаны следующие выводы. Высокая жесткость обусловлена как внешним фактором (состояние потребительских сетей), так и внутренним (перегрузка ВПУ).

Для минимизации последствий рекомендуются следующие мероприятия:

1. Обеспечение более плавного графика включения потребителей для исключения залповых выбросов загрязнений.

2. Проведение предпусковой промывки наиболее проблемных участков внутридомовых сетей со сбросом жесткой воды в канализацию, а не в обратную линию тепловых сетей.

3. Оптимизация и автоматизация работы солевого хозяйства для обеспечения гарантированной плотности регенерирующего раствора в периоды максимальной подпитки.

4. Внедрение системы автоматического непрерывного мониторинга жесткости на выходе из ВПУ, с дублированием на панель оператора, с возможностью отсечения фильтра при «проскоке» жесткости.

Это позволит сохранить межремонтный (капитальный ремонт с полной заменой трубной части) интервал в 20 лет, а также увеличит срок службы конвективных пакетов котлов и снизит эксплуатационные расходы нагорной теплоцентрали.

Литература:

1. Липов, Ю. М. Котельные установки и парогенераторы / Ю. М. Липов, Ю. М. Третьяков. — М.: Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003. — 592 с.

2. Приказ Минэнерго России от 14.05.2025 г. № 511 «Об утверждении правил технической эксплуатации объектов теплоснабжения и теплопотребляющих установок».

3. Копылов, А. С. Теоретические основы химической технологии теплоносителей и реагентов на ТЭС / А. С. Копылов, В. М. Лавыгин, В. Ф. Очков. — М.: Издательский дом МЭИ, 2012. — 262 с.

4. РД 24.031.120-91 Методические указания. Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов, организация водно-химического режима и химического контроля.

5. Шарапов, В. И. Подпитка тепловых сетей / В. И. Шарапов, П. В. Ротов. — М.: Новости теплоснабжения, 2005. — 200 с.

6. Котел водогрейный газомазутный ПТВМ-50 (ПТВМ-100, ПТВМ-180). Руководство по эксплуатации. — Дорогобуж: АО «Дорогобужкотломаш». — URL: https://dkm.ru/for-developers/documentation/files/documentation-for-boilers/315.pdf (дата обращения: 24.12.2025).