供热管网输配再生水的腐蚀防控技术研究与案例

供热管网输配再生水的腐蚀防控技术研究与案例

兰涛

乌鲁木齐华源热力股份有限公司     新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830013

摘要：再生水又名“中水”，是指以污水为主要水源，经过适当处理，达到城市污水再生利用标准，可以在一定范围内合理使用的水资源[1]。当前城市污水处理厂出水水质已经接近或超过热网设计的规范要求，如果将污水厂出水进行适当的再生处理，在非取暖期，可利用现有的供热管网输配再生水，无需敷设新的中水管网；在采暖期，再生水除通过供热管网输送至用户以外，还可作为供热管网的补水水源。热网补水常采用自来水，若采用再生水补水，则能够节省工程投资，充分利用现有供热管网，提升城市再生水回用率，对实现水资源可持续循环利用具有重要意义

关键词：供热管网；输配再生水；腐蚀防控

前言

不同于热网中常规使用的自来水，再生水生产往往采用“双膜法”(超滤/微滤(UF/MF)+反渗透(RO))工艺，水质饱和指数很小，饱和性很低，缓冲能力非常弱，在进入既有供热管网后会改变其中的化学平衡，加速管道内水垢的溶解，造成管网浊度明显上升，引起“红水”、“黄水”现象，pH值易发生较大的变化，具有严重腐蚀倾向，威胁生产安全。因此，为保证管道使用寿命，保障利用热网安全输配再生水，需对热网输配再生水的腐蚀防控技术进行研究并提出切实可行的防控措施。

1再生水热网输配腐蚀原理分析

我国热力管网多为铸铁管和钢管，在输配再生水的铁质管网中，可能发生化学腐蚀、电化学腐蚀、微生物腐蚀等，其中电化学腐蚀占主导作用。电化学腐蚀机理有多种理论，其中，腐蚀电池理论受到广泛认可，具体过程如下：管材中的铁作为阳极失电子生成二价铁离子：

Fe→Fe2++2e

pH值中性条件下，溶解氧作为阴极成为电子受体：

O2+2H2O+4e-→4OH

水中的氯消毒剂也可作为阴极得电子：

HOCl+H++2e-→Cl-+H2O

NH2Cl+2H++2e-→Cl-+NH4+

当管网水中的溶解氧和氯消毒剂消耗殆尽后，水中的氢离子作为电子受体还原为氢气：

2Η++2e-→Η2

管内壁由于腐蚀产生的沉积物形成管垢。管网腐蚀过程中生成的二价铁离子和水中的氢氧根离子与其它物质发生二次反应和三次反应[7]，生成物逐渐积累在管内壁形成管垢。

2影响供热管道腐蚀的主要因素

影响供热管道腐蚀的因素多种多样，可以归纳为物理因素、化学因素、生物因素。

2.1物理因素的影响

2.1.1管材

金属管材会发生腐蚀现象，例如铁质管材的生锈现象；塑料管材不会发生明显腐蚀现象。可通过涂内衬层，将水和金属分隔开，有效抑制腐蚀，但若内衬材料溶解或脱落进入管网内，也会导致腐蚀。热力管网多为铁质管网，管材对腐蚀防控不利，必须采取其他措施。

2.1.2管垢

管垢的厚度和组成对管网铁稳定性具有重要影响。外层的三价铁化合物管垢受到破坏后，内部的二价铁也容易穿透硬壳层进入管网水[9]，从而导致铁超标。

2.1.3流速

流速越快，则水对管网内壁的冲刷越强，会破坏已有的保护性氧化膜，同时流速会促进水中溶解氧和余氯的扩散，加剧铁质管网的腐蚀。实验证明，碳钢或铸铁管道在相同成分的静水中的腐蚀速率为0.1mm/a；而在流速为3m/s时，腐蚀速率将达到0.75mm/a。因此，《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010)规定供热介质流速不应大于3.5m/s。

2.1.4温度

温度对管道在水中的腐蚀有着重要影响。通常温度每提高10度，腐蚀速度就加快一倍，且腐蚀的最大值发生在90~100℃之间。我国供热一级管网的供水、回水温度大多分别采用130℃、70℃，二级管网通常连续工作温度80℃，最高工作温度95℃。因此，若不采取额外的防腐措施，供热管网必然会出现严重的腐蚀现象。

2.2生物因素的影响

微生物自身生长可以通过氧化还原无机物来获取能量，在通常的供热管网中，微生物会参与或者影响管网腐蚀。但是由于本文研究对象是利用供热管网输送的是经过双膜法处理的再生水，膜处理已经可以几乎完全去除微生物，因此，生物因素对腐蚀的影响不是本研究的重点。

3供热管道运行中需要关注的问题

管网运行期间，每周都需要进行两次以上的检查工作，要对管网的相关数据进行全面的检查，包括管网压力、管网的温度、管网的流量以及补水量等，对于管网的安全情况进行综合分析判断，保障管网运行的安全性。与此同时，每周对于水质都需要进行抽样检测，对于溶解氧、硬度等指标，需要必须符合规定标准，并且定定期清洗管道，针对管道内腐蚀问题，还应采用相应的防腐措施。根据相关规定要求，在管网运行期间，对于24小时补水量，要求必须在管网总容量的3%以下。在供暖结束后，通过管道安全隐排查，及时的发现和解决管道运行所产生的问题。对于管道易腐蚀地方，要采取相应的措施，进行对应的检查，对于管道以及附件的壁厚进行一定的测量，对于易腐蚀区域所有管道的弯头，补偿器等附件和固定墩，固定节焊接部位的保温，防腐层进行对应的检查，对于管道壁厚进行测量，如果管壁腐蚀深度超过圆管壁厚的1/3，必须要更换新的管道。补偿器如果辐射严重会影响正常补偿功能的情况下，必须更换新的补偿器。

4供热管网输配再生水腐蚀防控案例

4.1工程概况

北方某城市利用供热管网输送再生水工程，设计规模5万m3/d，分别提供某钢铁公司中水回用以及该市供热管网补水，具体分配如下：非采暖季期间(每年190天)，5万m3/d全部用来供给钢铁公司中水回用，采暖季期间(每年141天)供给钢铁公司中水回用3万m3/d，供给供热管网补水2万m3/d。新建再生水车间一座，位于某城市污水处理厂内预留地。该工程进水为该城市污水厂达到山西省《污水综合排放标准》(DB14/1928-2019)要求的排水，该工程出水则需同时满足钢铁公司、《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010)和《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)的要求，三者从严取值。该案例双膜法产水的pH值约为3~5，工程运行中投加氢氧化钠调节pH值至9，储罐原药浓度为30%，按产水量5万m3/d的规模计算，每天所需原液量为733L。选用流量为30.53L/h的加药泵2台，一用一备，可与双膜清洗系统一并考虑。除氧系统设置8台卧式罐真空电化学除氧器，单台处理能力260t/h。真空电化学除氧器产出的除氧水进入产水池，储水箱设置30套长方形囊式密封装置，用于将除氧水于大气隔绝，避免二次溶氧。除氧器设计进水溶解氧≤12mg/L，出水溶解氧≤0.1mg/L。该工程目前已经投入试运行，出水水质良好，再生水输配管网能够满足使用需求，没有出现明显的大规模腐蚀现象。

4.2成本分析

该工程项目估算总投资为48652.84万元，其中，除氧系统的投资为4662.14万元。经测算，真空除氧装置总成本为0.66元/m3，经营成本为0.32元/m3，氢氧化钠药剂投加费用为每年4.14万元。综合考虑双膜法制备再生水和腐蚀防控，该项目成本如下：提供给钢铁公司中水回用的单位水量总成本为5.975元/m3，经营成本为4.15元/m3；提供给供热公司用于管网补水的单位水量总成本为3.587元/m3，经营成本为2.546元/m3。该城市2020年工业用自来水水价为6.10元/m3，本项目吨水成本已经低于工业用自来水水价，且采取的腐蚀防控措施增加的成本是可以接受的，并未给该工程的运行带来较大的财务负担。因此，利用供热管网输配再生水，采用调节pH值、除氧措施进行腐蚀防控，经济上合理，有着广阔的市场前景。

结束语

利用现有的供热管网输配再生水，可以减少管网投资，提升城市再生水的回用率。然而，高品质再生水缓冲能力非常弱，化学稳定性差，容易腐蚀既有供热管网。对投加缓蚀剂、投加化学药剂“再矿化”、除氧等控制腐蚀的措施进行分析、论证，最终确定在利用供热管网输配再生水工程设计时选用调节pH值和除氧的方式进行腐蚀防控。技术上可行，经济上合理，可为同类工程提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]岳金强，赵艺，焦振雄．城市污水再生利用新模式的探讨[J]．中国资源综合利用，2019，37(2)：93-95．

[2]樊娟，李浩宾，王文琴，等．海水淡化水进入市政管网的水质化学稳定性研究进展[J]．供水技术，2016，10(5)：1-5