До питання про вентиляцію камер та каналів теплових мереж

---1. Якість підтримки технічного стану (ресурсу) теплових мереж ------1.4. Вентиляція

До питання про вентиляцію камер та каналів теплових мереж

С.М.Воронін, к.т.н., НВК «Вектор», м. Москва

Однією з причин, що знижують термін експлуатації теплових мереж, є зовнішня корозія труб, яка за механізмом протікання відноситься до електрохімічної. Для протікання цього корозійного процесу необхідний контакт металевої поверхні з водою або її слідами у присутності кисню повітря. Для теплових мереж найбільш характерними є такі види корозії: атмосферна - корозія металу у вологій атмосфері теплових каналів; ґрунтова - корозія трубопроводів під шаром теплоізоляції, через капілярно-пористу структуру застосовуваних матеріалів; електрокорозія -корозія металів через блукаючі струми; корозія в електролітах – через затоплення ділянок теплотрас. Оскільки більшість теплотрас має канальну прокладку, то атмосферна та ґрунтова корозії є переважаючими, що підтверджується статистичним аналізом результатів інженерної діагностики, що проводиться на підприємствах «Мостеплоенерго» з 1996 року.

Швидкість корозійних процесів при атмосферній та ґрунтовій корозії залежить від ступеня зволоження поверхні металу, і визначається температурою та вологістю повітря. Виміри температури, вологості в теплових камерах і каналах показують, що середня температура коливається від 28 до 34°С, середня відносна вологість від 65% до 80%. Лише у 10% обстежених камер вологість не перевищувала 50%. Найважчі умови спостерігаються у зимовий період. В цей час через танення снігового покриву над теплотрасами, спричиненого перепадамитемператури, волога потрапляє у теплові канали. На всіх обстежених об'єктах величина вмісту вологи теплоізоляції становила 20-30%, що збільшує тепловтрати в 2-2,5 рази. Непровітрювана атмосфера в каналі веде до того, що в повітрі є гази, що утворюються від розпаду органічних речовин, що підвищує швидкість корозії. Намокання стін та перекриттів теплових каналів викликає руйнування силових елементів. Тому мікроклімат визначає як корозійні процеси, в камерах і теплових каналах, а й величину тепловтрат. Розглянемо корозійні процеси та умови їх протікання.

Вплив метеорологічних параметрів на корозійні процеси

Мокра атмосферна корозія проходить за наявності на поверхні металів видимої вологої плівки. При вологості понад 55-65% різко зростає швидкість корозії. Особливо цей вид корозії відзначається в теплових камерах, де питома ушкоджуваність трубопроводів теплових мереж на 1 п.м. більше, ніж інших ділянках в 10-20 раз. Причина в конденсаті, який утворюється на холодних перекриттях, що знаходяться на поверхні. Також вода через нещільність кришок люків потрапляє на трубопроводи, що призводить до їхньої інтенсивної корозії. Якщо камери розташовані під дорогами, то на трубопроводи разом із водою потрапляє й сіль. Особливо активно корозійні процеси розвиваються на трубопроводі, що подає, через більш високу температуру теплоносія. Зокрема, через закипання води в пристінному шарі та всередині продуктів корозії, відбувається їх руйнування та проникнення води до не прокорродованих шарів металу.

Іншою причиною мокрої корозії є потрапляння крапель води із перекриттів на поверхні труб. У місцях протікання води через сальникові ущільнення засувок вологістьповітря становить 100%, що при високій температурі теплоносія веде до випадання конденсату на поверхні металу та утворення видимої вологої плівки. Також мокрій атмосферній корозії схильні до нижні ділянки труб, звернені до грунту.

Волога атмосферна корозія протікає під найтоншим, невидимим шаром вологи електроліту, що утворюється внаслідок конденсації при відносній вологості повітря менше 100%. Причиною появи вологи на поверхні є капілярна конденсація, центрами якої є щілини між осілими частинками пилу та поверхнею металу, пори в окисній плівці, продукти корозії. Випаровування вологи супроводжується утворенням на поверхні гідрофільних сполук і солей (звичайних в умовах атмосфери теплових каналів). Їх наявність викликає конденсацію вологи вже за 70-80% відносної вологості повітря через зменшення рівноважного тиску насиченої пари над поверхнею з сіллю.

Ще один вид корозії – ґрунтова корозія металу труб під шаром теплоізоляції. Найбільш характерною для неї є наявність виразок на окремих ділянках труб. Через попадання краплі з перекриттів на поверхню теплової ізоляції утворюються ділянки з різним по довжині труби ступенем вологості. Це викликає неоднакову кисневу проникність, тому що швидкість конвекційної та дифузної подачі кисню по порах, наповненим повітрям, на кілька порядків вище, ніж швидкість подачі кисню по порах з рідиною.

Загалом, процеси теплолагообміну в теплових каналах можна розглядати у двох видах: явне тепло - нагрівання або охолодження повітря, і приховане тепло - збільшення або зменшення вологості повітря. Тепловий режим у теплових каналах визначається конвективним теплообміном між поверхнею труб тепломережі,поверхнями стін каналів та ґрунтом. Вологість повітря залежить від вологовиділення, джерелами якого є: відкриті водні поверхні, утворені через підтоплення камер, опадів, що потрапляють через нещільність люків, протікання через сальникові ущільнення засувок; змочені поверхні стін, перекриттів та ґрунту, мокра теплоізоляція, нориці.

Поява краплі на перекриттях каналів спричинена тим, що через випаровування води відбувається насичення повітря вологою. Нагріте повітря від труб піднімається вгору і при температурі стін менше температури мокрого термометра пар, що міститься в повітрі, конденсується на стінах з утворенням краплі на поверхні перекриттів. Утворення краплі відбувається над джерелом нагріву – трубами тепломережі. Потрапляючи на трубопровід, краплі випаровуються. Повітря знову насичується та конденсується на поверхні перекриття. Як замкнута система, без вентиляції, кількість вологи в каналах, у загальному випадку, не змінюється. У процесі теплообміну відбувається зміна ентальпії повітря як за висотою, шириною і довжиною каналів, а й у часі (нестаціонарний процес), т.к. температура теплоносія змінюється залежно від зовнішньої температури.

Аеродинамічний розрахунок вентиляції

Аеродинамічний розрахунок виконується за схемою, наведеною на рис. 1.

Тяга, створювана вентиляційними шахтами, залежить від висоти та температури повітря та визначається у першому наближенні:

де: h - різниця висот припливної та витяжної шахт, м

Н - п'єзометрична висота каналу, м

рн, рв - щільність повітря зовнішнього та в каналі, кг/м 3 .

Рпр = (x1 + x2) х rн х V 2 п/2 - втрати тиску на вході та виході з припливної шахти, Па;

x1, x2 - коефіцієнти місцевихопорів на вході та виході припливної шахти;

Vп - швидкість у припливній шахті, м/с;

Рв = (x1b+x2b) x rв x V 2 b/2 - втрати тиску на вході та виході з витяжної шахти, Па;

x1b> x2в - коефіцієнти місцевих опорів на вході та виході витяжної шахти;

Vв – швидкість у витяжній шахті, м/с.

Випробування визначення коефіцієнта втрат на вході і виході розроблених припливної і витяжної шахт показують, що величина x1 = 0,72, x1b, x2 =1, x2в =0,92.

Втрати тиску в тепловому каналі:

l - коефіцієнт тертя,

l - довжина ділянки,

dекв - еквівалентний діаметр,

W - швидкість повітря каналі, м/с.

Прирівнюючи тягу (1) втрат тиску (2), визначимо швидкість у припливній шахті:

Визначаємо витрату повітря

Якщо Lрас менший за Lтр, необхідно збільшити кількість припливних шахт.

Кількість вологи, що видаляється, можна визначити як:

L - витрата повітря каналом, м 3 /год.

Існуючі конструктивні рішення вентиляції

Вентиляційні шахти встановлюються верхній плиті перекриття теплових камер. Для цього пробивається отвір та монтується металева труба, основа якої бетонується. Зверху труба має кришку, з обох боків прорізу для проходу повітря. На даний момент існує велика кількість конструкцій вентиляційних шахт, які відрізняються за діаметрами та висотою труб, розмірами та розташуванням припливних та витяжних отворів.

Для зниження вартості монтажу вентиляційних шахт розроблено конструкцію, яка дозволяє проводити їх встановлення на люки замість кришок, та зніматися для проведення робіт у камерах та каналах. Шахта має вузли кріплення до люка для запобігання попаданню до камер сторонніх осіб. (Мал. 2).

Результати випробувань

Після встановлення вентиляційних шахт на ділянках теплотрас проведено вимірювання швидкості, температури та вологості повітря. Проведені випробування показують, що застосування вентиляції каналів на теплотрасах дозволило:

позбутися краплі на перекриттях каналів та камер;

контролювати умови в каналах (інтенсивне ширяння вказує на наявність нориці, прориву, затоплення).

Досвід експлуатації

Як показує досвід експлуатації:

при зіткненні вихідного струменя повітря на виході з каналу з холодною поверхнею відбувається випадання краплинної вологи на поверхнях елементів конструкції теплових камер, що потребує їх антикорозійного захисту;
вентиляція каналів, у яких частина труб та теплоізоляції знаходиться у воді, може бути недоцільною. Повітря, що рухається, випаровує вологу з верхньої частини теплоізоляції, що викликає постійний приплив аерованої води в теплоізоляцію та активізацію процесів корозії через постійну подачу кисню.

Слід вважати за доцільне застосування таких систем на теплових камерах, з попереднім, ретельним вивченням ділянок теплотрас та умов експлуатації. Очевидно, що вентиляція каналів не є універсальним засобом, який вирішить усі проблеми з корозією, але її застосування при дотриманні всіх будівельних вимог до прокладання теплотрас, дренажів, гідроізоляції каналів, антикорозійного покриття, станцій катодного захисту дозволить збільшити термін служби траси.

Література:

Н.Д. Томашов. Теорія корозії та захисту металів. - Академія наук СРСР, 1959 р.

К.З. Ушаков, А.С. Бургаков та ін. Аерологія гірничих підприємств. - М., Надра,1987 р.

Просимо Вас залишати свої зауваження та пропозиції на форумі перейти. Для читання документа виберіть розділ, що Вас цікавить.

Енергозберігаючі технології та методиперейти до розділу