Кейс № 16 «Мероприятие -
промывка трубопроводов системы отопления.
Снижение тепловых и гидравлических потерь за счёт удаления
внутренних отложений с поверхностей радиаторов
и разводящих трубопроводов»

Отложения в трубопроводах и на внутренних поверхностях теплообменных аппаратов является следствием физико-химического процесса. На интенсивность этого процесса влияют несколько факторов: химический состав воды, скорость движения воды, характер внутренней поверхности, температурные условия.

Отложения способны вносить коррективы в установленный гидравлический и тепловой режимы доставки теплоносителя до конечного потребителя, поэтому своевременное их удаление с использованием современных технологий является мерой, позволяющей устранить сбои в теплоснабжении, а также снизить затраты электрической энергии на прокачку теплоносителя. В том случае, если отложения сформировались на внутренней поверхности радиаторов, они выступают в роли дополнительного сопротивления теплопередаче.

Как правило, промывка трубопроводов отопления требуется любой системе отопления, отработавшей без промывки более 5–10 лет.

Практика показывает, что за это время эффективность системы отопления существенно снижается; большая часть диаметра трубы системы отопления забита отложениями, которые не только увеличивают потребление газа и электроэнергии, но и могут привести к различным авариям системы отопления.

Существует несколько основных технологий промывки отопления; каждая из них имеет свои недостатки и преимущества.

Химическая промывка трубопроводов

Наиболее распространенным вариантом промывки трубопроводов является химическая безразборная промывка отопления, которая позволяет сравнительно легко перевести в растворенное состояние подавляющую часть накипи и отложений и в таком виде вымыть их из системы отопления. В наши дни для промывки системы отопления используются кислые и щелочные растворы различных реагентов.

Среди них – композиционные органические и неорганические кислоты, например, составы на основе ортофосфорной кислоты, растворы едкого натра с различными присадками и другие составы. Точные составы растворов для промывки отопления держатся производителями в секрете.

Химическая промывка труб отопления – сравнительно дешевый и надежный метод, позволяющий избавить систему отопления от накипи и загрязнения, однако обладающий определенными недостатками. Среди них – невозможность химической промывки алюминиевых труб, токсичность промывочных растворов, проблема утилизации больших количеств кислотного или щелочного промывочного раствора.

Технически химическая промывка отопления проводится следующим образом: после того, как подобран соответствующий данной системе отопления химический реагент для промывки отопления и выбран ингибитор коррозии труб, на место проведения работ выезжает группа технических специалистов.

На месте работ используется специальная емкость с насосом, подключаемая к системе отопления. После того, как все необходимые химикалии введены в систему отопления моющий раствор циркулирует в системе отопления в течение времени, которое рассчитывается индивидуально в зависимости от степени загрязненности системы отопления. Химическая промывка отопления может происходить и в зимний период, без остановки системы отопления. Химическая промывка отопления дешевле капитального ремонта системы отопления в 10–15 раз, продлевает срок нормальной работы отопления на 10–15 лет, снижает расходы электроэнергии на 20–60%.

Гидродинамический метод промывки трубопроводов отопления

Гидродинамическая промывка труб отопления состоит в удалении накипи путем очистки системы отопления тонкими струями воды, подаваемыми в трубы через специальные насадки под высоким давлением.

Гидродинамическая промывка труб по стоимости более чем в 2 раза дешевле замены оборудования, причем позволяет добиться впечатляющих результатов по восстановлению энергоэффективности системы.

Особенно это касается чугунных радиаторов отопления, которые методом гидродинамической промывки отопления полностью восстанавливают свою работоспособность. Аппараты для гидродинамической промывки работают в специальных лабораториях под давлением около двухсот атмосфер, полностью уничтожая любые виды отложений: соли кальция, магния, натрия, жиры, ржавчину, нагар, химикаты.

Пневмогидроимпульсная промывка труб

Метод пневмогидроимпульсной очистки позволяет проводить промывку труб путем многократных импульсов, выполняемых при помощи импульсного аппарата.

В данном случае кинетическая импульсная волна создает в воде, заполняющей систему отопления, кавитационные пузырьки из газопаровой смеси, возникающие вследствие прохождения через жидкость акустической волны высокой интенсивности во время полупериода разрежения. Двигаясь с током воды в область с повышенным давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырек захлопывается, излучая при этом ударную волну.

Завихрения воды с воздухом отрывают отложения от стенок труб, а последующая волна воздушно-водяной смеси уносит накипь, которая поднялась со дна.

Область применения мероприятия

Трубопроводы, обследование которых показало наличие отложений.

Определить:

1.     Скорость и характер течения воды по формулам (2) и (5)

2.     Отношение падений давления по формуле (7)

3.     Коэффициент потерь на трение по формуле (4)

4.     Затраты на перекачку по формуле (8)

5.     Годовую разницу в затратах электроэнергии по формуле: 9

6.     Годовую экономию в денежном выражении

7.     Срок окупаемости мероприятия

Методика расчёта

Шаг 1. Потери давления делятся на 2 группы:

– по длине;

– на местных сопротивлениях (переходы, сужения, расходомерные и балансировочные шайбы, тройники и т.д.).

Для потерь по длине применяется формула Дарси-Вейсбаха

, Па,                                                                          (1)

где λ – коэффициент потерь по длине; L [м] – длина участка трубопровода; D [м] – его внутренний диаметр; ρ [кг/м3] – плотность жидкости; ω [м/с] – скорость движения жидкости, определяется по формуле:

,                                                                                            (2)

где G [кг/с] – расход воды; S [м2] – площадь поперечного сечения трубы; ρ [кг/м3] – плотность жидкости.

Для определения коэффициента потерь по длине существуют различные зависимости, обусловленные режимом течения жидкости: ламинарное или турбулентное.

Для ламинарного течения (Re ≤ 2300) применяется формула 3:

.                                                                                               (3)

Для турбулентного течения (Re > 2300) применяется формула Блаузиуса:

,                                                                                          (4)

где Re – число (критерий) Рейнольдса, определяемое следующим соотношением:

,                                                                                         (5)

где D [м] – характерный размер (диаметр трубы); v [м2/с] – коэффициент кинематической вязкости (зависит от температуры и рода жидкости).

Таблица 4.16.1.  Коэффициент кинематической вязкости воды
в зависимости от температуры

t, ºС

v, 106 [м2/с]

t, ºС

v, 106 [м2/с]

t, ºС

v, 106 [м2/с]

0

1,7890

35

0,7248

70

0,4154

5

1,5156

40

0,6584

75

0,3892

10

1,3065

45

0,6017

80

0,3659

15

1,1416

50

0,5564

85

0,3451

20

1,0064

55

0,5146

90

0,3259

25

0,8968

60

0,4781

95

0,3099

30

0,8054

65

0,4445

100

0,2944

Шаг 2. Отношение падений давления при появлении отложений в трубе для ламинарного течения обратно пропорционально отношению диаметров трубы в 4-й степени:

.                                                                                  (4.16.6)

Отношение падений давления при появлении отложений в трубе для турбулентного течения примерно равно обратному отношению диаметров трубы в 5-й степени:

.                                                                                  (4.16.7)

Шаг 3. Затраты на перекачку определяются по формуле, Вт:

,                                                                                 (4.16.8)

где V [м3] – объем перекачиваемого теплоносителя; ηнас – КПД насоса.

Шаг 4. Годовая разница в затратах электроэнергии определяется по формуле:

,                                                                           (4.16.9)

где m [час] – число часов работы насоса за отопительный период; n – прирост затрат на прокачку теплоносителя на прямом участке трубы.

Шаг 5. Годовая экономия в денежном выражении, тыс. рублей:

,                                                                            (4.16.10)

где Тээ [руб./кВт×ч] – тариф на электрическую энергию.

Пример расчёта

Определим годовую экономию электроэнергии в натуральном и денежном выражении в результате уменьшения затрат на перекачку после внедрения мероприятия «Промывка трубопроводов системы отопления. Снижение тепловых и гидравлических потерь за счёт удаления внутренних отложений с поверхностей радиаторов и разводящих трубопроводов».

Внутренний диаметр трубы D = 0,2 м.

Толщина внутренних отложений δ = 1 мм.

Длина участка трубопровода L = 100 м.

Температура воды внутри трубы t = 90 ºС.

Расход воды G = 50 л/с.

КПД насоса ηнас = 90%.

Тариф на электрическую энергию Тээ = 4,60 руб./кВт×ч.

Годовое число часов работы трубопровода m = 5000 час.