К вопросу о вентиляции камер и каналов тепловых сетей
Одной из причин, снижающих сроки эксплуатации тепловых сетей, является наружная коррозия труб, которая по механизму протекания относится к электрохимической. Для протекания этого коррозионного процесса необходим контакт металлической поверхности с водой, или ее следами в присутствии кислорода воздуха. Для тепловых сетей наиболее характерны следующие виды коррозии: атмосферная – коррозия металла во влажной атмосфере тепловых каналов; почвенная – коррозия трубопроводов под слоем теплоизоляции, из-за капиллярно-пористой структуры применяемых материалов; электрокоррозия – коррозия металлов из-за блуждающих токов; коррозия в электролитах – из-за затопления участков теплотрасс. Поскольку большинство теплотрасс имеет канальную прокладку, то атмосферная и почвенная коррозии являются преобладающими, что подтверждается статистическим анализом результатов инженерной диагностики, проводимым на предприятиях «Мостеплоэнерго» с 1996 г.
Скорость коррозионных процессов при атмосферной и почвенной коррозии зависит от степени увлажнения поверхности металла, и определяется температурой и влажностью воздуха. Замеры температуры, влажности в тепловых камерах и каналах показывают, что средняя температура колеблется от 280 до 340, средняя относительная влажность от 65% до 80%. Только в 10% обследованных камер влажность не превышала 50%. Наиболее тяжелые условия наблюдаются в зимний период. В это время из-за таяния снегового покрова над теплотрассами, вызванного перепадами температуры, влага попадает в тепловые каналы. На всех обследованных объектах величина влагосодержания теплоизоляции составляла 20-30%, что увеличивает теплопотери в 2–2,5 раза. Непроветриваемая атмосфера в канале ведет к тому, что в воздухе присутствуют газы, образующиеся от распада органических веществ, что увеличивает скорость коррозии. Намокание стен и перекрытий тепловых каналов вызывает разрушение силовых элементов. Поэтому микроклимат определяет не только коррозионные процессы, в камерах и тепловых каналах, но и величину теплопотерь. Рассмотрим коррозионные процессы и условия их протекания.
Влияние метеорологических параметров
на коррозионные процессы
Мокрая атмосферная коррозия проходит при наличии на поверхности металлов видимой влажной пленки. При влажности более 55-65% резко увеличивается скорость коррозии. Особенно этот вид коррозии отмечается в тепловых камерах, где удельная повреждаемость трубопроводов тепловых сетей на 1 п.м. больше, чем на остальных участках в 10-20 раз. Причина в конденсате, который образуется на холодных перекрытиях, находящихся у поверхности. Также вода через неплотности крышек люков попадает на трубопроводы, что приводит к их интенсивной коррозии. Если камеры расположены под дорогами, то на трубопроводы вместе с водой попадает и соль. Особенно активно коррозионные процессы развиваются на подающем трубопроводе, из-за более высокой температуры теплоносителя. В частности, из-за вскипания воды в пристенном слое и внутри продуктов коррозии, происходит их разрушение и проникновение воды к не прокорродированным слоям металла.
Другой причиной мокрой коррозии является попадание капель воды с перекрытий на поверхности труб. В местах протечек воды, через сальниковые уплотнения задвижек, влажность воздуха составляет 100%, что при высокой температуре теплоносителя ведет к выпадению конденсата на поверхности металла и образованию видимой влажной пленки. Также мокрой атмосферной коррозии подвержены нижние участки труб, обращенные к грунту.
Влажная атмосферная коррозия протекает под тончайшим, невидимым слоем влаги электролита, образующимся вследствие конденсации при относительной влажности воздуха меньше 100%. Причиной появления влаги на поверхности является капиллярная конденсация, центрами которой являются щели между осевшими частицами пыли и поверхностью металла, поры в окисной пленке, продукты коррозии. Испарение влаги сопровождается образованием на поверхности гидрофильных соединений и солей (обычных в условиях атмосферы тепловых каналов). Их наличие вызывает конденсацию влаги уже при 70-80% относительной влажности воздуха из-за уменьшения равновесного давления насыщенного пара над поверхностью с солью.
Еще один вид коррозии – почвенная коррозия металла труб под слоем теплоизоляции. Наиболее характерным для нее является наличие язв на отдельных участках труб. Из-за попадания капели с перекрытий на поверхность тепловой изоляции, образуются участки с разной по длине трубы степенью влажности. Это вызывает неодинаковую кислородную проницаемость, т. к. скорость конвекционной и диффузионной подачи кислорода по порам, наполненным воздухом, на несколько порядков выше, чем скорость подачи кислорода по порам с жидкостью.
В общем случае, процессы тепловлагообмена в тепловых каналах можно рассматривать в двух видах: явное тепло – нагрев или охлаждение воздуха, и скрытое тепло – увеличение или уменьшение влажности воздуха. Тепловой режим в тепловых каналах определяется конвективным теплообменом между поверхностью труб теплосети, поверхностями стен каналов и почвой. Влажность воздуха зависит от влаговыделения, источниками которого являются: открытые водные поверхности, образованные из-за подтопления камер, осадков попадающих через неплотности люков, протечек через сальниковые уплотнения задвижек; смоченные поверхности стен, перекрытий и грунта, мокрая теплоизоляция, свищи.
Появление капели на перекрытиях каналов вызвано тем, что из-за испарения воды происходит насыщение воздуха влагой. Нагретый воздух от труб поднимается вверх и при температуре стен меньше температуры мокрого термометра содержащийся в воздухе пар конденсируется на стенах с образованием капели на поверхности перекрытий. Образование капели происходит над источником нагрева – трубами теплосети. Попадая на трубопровод, капли испаряются. Воздух опять насыщается и конденсируется на поверхности перекрытия. Являясь замкнутой системой, без вентиляции, количество влаги в каналах, в общем случае, не меняется. В процессе теплообмена происходит изменение энтальпии воздуха не только по высоте, ширине и длине каналов, но и по времени (нестационарный процесс), т.к. температура теплоносителя меняется в зависимости от температуры наружного воздуха.
Температура и влажность воздуха определяют влагосодержание теплоизоляции, величина которой зависит от давления насыщенного пара в слое теплоизоляции и снаружи. С изменением температуры теплоносителя, температуры и влажности воздуха в тепловых каналах это равновесие нарушается. С повышением температуры теплоносителя давление пара внутри тепловой изоляции повышается, часть влаги испаряется, насыщая воздух. С уменьшением температуры влага из воздуха переходит в теплоизоляцию. В отопительный период резкие перепады температуры наружного воздуха являются не редкостью. Это вызывает колебания температуры теплоносителя, что сопровождается поступлением «нового» воздуха в теплоизоляцию и к поверхности металла. Такому же колебанию влажности подвержены бетонные поверхности стен каналов и перекрытия.