Основные показатели качества воды

Железо и марганец

Содержание соединений этих элементов в воде нежелательно по следующим причинам. Уровень железа в воде (если оно не естественного происхождения) является показателем коррозии системы трубопроводов, выполненной из сплавов железа (в основном из черной стали).

Железо может содержаться в воде в виде двухвалентного железа (растворимого в воде) и трехвалентного (не растворимого в воде). Процесс обезжелезивания воды состоит в переводе двухвалентного железа в трехвалентное (окисление) и удалении его фильтрацией.

Марганец и медь в соединении с железом могут привести к гальванической коррозии котлов (образованию локальных электрохимических цепей); марганец в количестве более 0,2 мг/л небезопасен для смол, которые используются для умягчения воды в ионообменных аппаратах.

Щелочность воды

Показатель, определяющий содержание в воде гидроокисей, гидрокарбонатов и карбонатов. Щелочность воды выражается в милливалях на литр и определяется титрованием 100 мл воды 0,1 n HCl в присутствии фенолфталеина до значения рН = 8,3 и этой же пробы в присутствии метилоранжа до значения рН = 4,3.

Количество использованной кислоты (мл) для титрования в присутствии фенолфталеина определяется как щелочность p, а общее количество использованной кислоты для титрования в присутствии фенолфталеина и метилоранжа определяется как щелочность m.

Щелочность p практически охватывает гидроокисные и карбонатные ионы. Поэтому, щелочность m является мерой количества связанной двуокиси углерода в воде при условии, что 2p ≤ m.

Хлориды

В связи с высокой способности к растворению хлориды присутствуют во всех природных водах. Они не участвуют в образовании осадка при нагревании воды. Их растворимость в воде выше растворимости других солей и, как и у всех солей, повышается с ростом температуры. Повышенное содержание хлоридов в воде (более 100 мг/л для кислотоупорной стали и более 250 мг/л – для черной стали) может стать причиной язвенной коррозии.

Содержание кислорода

Содержание кислорода в воде имеет большое значение, что объясняется его окислительными свойствами. Свободный кислород (О2 ) в системе является причиной язвенной коррозии (так называемой кислородной коррозии) и осадка.

Содержание двуокиси углерода

Свободная двуокись углерода содержится в воде в растворенном виде. Она разделяется на двуокись углерода, отвечающую за карбонатно-кальциевое равновесие, и агрессивную двуокись углерода. На коррозию оказывает влияние количество агрессивной двуокиси углерода.

Двуокись углерода снижает значение рН воды, создает в соединении с водой агрессивную для металла угольную кислоту (Н2 СО3 ), которая разрушает всю поверхность металла. Количество двуокиси углерода определяется титрованием пробы воды раствором гидроокиси натрия в присутствии фенолфталеина до значения рН = 8,3.

Практически это означает, что если проба воды (например стакан воды) после добавления нескольких капель раствора фенолфталеина окрашивается в малиновый цвет, то в воде отсутствует свободная двуокись углерода. Это самый простой тест по определению коррозионной активности воды.

Сульфаты

Сульфаты являются причиной коррозии бетонных и железобетонных конструкций (градирен); сульфаты выпадают в осадок в виде камня, а сульфаты кальция и магния в воде создают некарбонатную жесткость.

Фосфаты

Фосфаты в воде не кристаллизируются (не образуют накипь), но в соединении с кальцием и магнием (солями жесткости) образуют шлам (соответственно реакции), который легко удаляется из системы: Ca(HCO3 )2 + Na3 PO4 → NaHCO3 + Ca3 (PO4 )2 [шлам] Общая минерализация воды Этот параметр определяется как сумма всех растворенных в воде веществ.

Если в воде содержится большое количество растворенных веществ, то такая вода называется высоко минерализованной или с высоким солесодержанием. Существуют воды с низкой и средней степенью минерализации, или солесодержания. Электрическая проводимость воды – это свойство воды проводить электрический ток, обусловленное ионами растворенных в ней солей, двуокиси углерода и аммония.

Мера солесодержания воды – это уровень содержания минеральных веществ в воде. Чем больше в воде катионов и анионов (минеральных веществ), тем выше проводимость воды. Проводимость воды измеряется относительно просто, выражается в мкСм/см, является величиной неточной, засоленность воды характеризует качественно.

Качество воды для водогрейных котельных

Опасность образования накипи и коррозии

Ущерб, который при нагревании причиняют котлам и трубопроводам растворенные в воде вещества, можно разделить на две категории: осадок – т. е. осаждение растворенных в воде веществ в виде твердых фракций (накипь, осадок двуокиси кремния, магнетит); коррозия – т. е. постепенное разрушение (оно начинается на поверхности и продолжается вглубь) материалов, из которых выполнена система. Этот процесс распространяется на металлы и их сплавы, а также на керамические компоненты и полимерные материалы.

Соли кальция, магния и двуокись кремния в определенных условиях могут образовывать либо накипь, либо шлам. Накипь – это твердые отложения на стенках котлов, а шлам является взвесью, которая в конечном итоге накапливается в нижних частях оборудования.

Низкая теплопроводность накипи вызывает повышение температуры металла котла, что вызывает локальное снижение его прочности. Осадок магнетита (Fe3 O4 ) образуется при участии железа, которое может содержаться непосредственно в питающей воде, или его источником могут быть растворимые продукты коррозии металлических элементов отопительной установки.

Образование осадка – очень опасный процесс. Он может длиться от нескольких часов до несколько сот часов, в зависимости от скорости накипеобразования. Осадок в виде твердых отложений опасен тем, что он блокирует передачу тепла в системе. Это приводит к увеличению потерь, разрушению металла и образованию трещин. Основными причинами появления осадка являются несоответствующий состав воды и низкие показатели растворимости некоторых солей.

Коррозия – процесс, протекающий с небольшой скоростью. 

Он может длиться от нескольких месяцев до нескольких сот месяцев. В процессе коррозии разрушается конструкционный материал отопительного оборудования и изменяется состав воды вследствие растворения в ней продуктов коррозии.

В зависимости от типа разрушения материала системы отопления, коррозия классифицируется на:

общую коррозию – вызванную наличием агрессивной двуокиси углерода СО2 , которая в соединении с водой создает агрессивную углекислоту Н2 СО3 , быстро разъедающую трубопроводы.

Наличие углекислотной коррозии можно определить по рыжему или коричневому цвету воды, которая также содержит большое количество взвеси.

язвенную коррозию – вызванную в основном наличием растворенного кислорода и высоким содержанием хлоридов. Это локальная коррозия. В воде нет видимых изменений – часто она прозрачная и бесцветная.

Растворимость кислорода в воде уменьшается с повышением температуры. Поэтому нагрев воды до температуры порядка 95-105°С очень эффективно удаляет кислород, приводя его концентрацию в воде до остаточного значения.

Обычно качество воды не является причиной одновременно всех выше отмеченных явлений. Тем не менее известны случаи, когда коррозия, возникающая в одном месте системы, вызывала отложение осадка в других местах.

Особенно опасна гальваническая коррозия. В водогрейных котельных очень часто в одной и той же системе отмечается использование элементов, изготовленных из черной стали, меди, алюминия и нержавеющей стали.

В таких условиях существует серьезная опасность появления гальванической коррозии, несмотря на мероприятия по обеспечению соответствующих параметров воды. В таком случае следует тщательно подобрать препарат химической корректировки с соответствующим ингибитором гальванической коррозии.

Закрытые системы центрального отопления.

Подпитка системы водой

При проектировании или обслуживании котельной, которая работает на закрытую систему центрального отопления, следует помнить: систему можно считать герметичной в том случае, если годовая подпитка в литрах меньше мощности котельной, умноженной на 5 л/кВт, что примерно соответствует водяному объему в новых системах центрального отопления.

Данную рекомендацию, как результат многолетнего опыта, можно выразить в виде следующей эмпирической зависимости:

Uw < ω·Qk

где: Uw – годовые утечки воды в замкнутой системе, л

ω – эмпирический коэффициент, л/кВт, ω = 5 л/кВт

Qk – мощность котельной (общая мощность котлов), кВт.

Например, для котельной мощностью 250 кВт ожидаемая годовая подпитка системы отопления водой составляет 1250 л.

В случае больших утечек воды необходимо срочно их ликвидировать или применить средства защиты, аналогичные применяемым для открытых систем отопления. Следствием пренебрежительного отношения к утечкам воды (особенно, если годовые утечки многократно превышают водяной объем системы), кроме непосредственной стоимости воды и повышенного расхода топлива, является коррозионное разрушение системы отопления, арматуры и котла.