Высвобождение газов из растворенного состояния в трубах систем водяного отопления

В настоящей работе описывается процесс высвобождения растворенных газов в системах водяного отопления. Проанализированы условия и стадии перехода газа из растворенного состояния в свободное. Ключевым результатом работы является вывод аналитической формулы для определения диаметра отрыва пузырька, учитывающей шероховатость трубы, температуру теплоносителя и среднюю скорость потока. Предложенные формулы распределения скоростей в сечении потока учитывают наличие ламинарного подслоя. На примере расчетов для вертикального стояка девятиэтажного здания показано, что статическое давление теплоносителя незначительно влияет на размер отрывающегося пузырька, в то время как снижение скорости потока существенно его увеличивает. Расчеты демонстрируют, что процесс дегазации в стандартных условиях является крайне медленным, что приводит к длительному пребыванию теплоносителя в состоянии перенасыщения кислородом. Это способствует интенсификации коррозионных процессов. Сделан вывод о недостаточности стандартных автоматических воздухоотводчиков для эффективного удаления растворенных газов при подпитке воды недеаэрированной водой. Обоснована необходимость применения сепараторов воздуха для быстрой стабилизации газового режима системы и защиты оборудования от коррозии. Практическая значимость работы заключается в предоставлении методики для оценки интенсивности выделения газов в свободное состоянии при движении теплоносителя по трубам.

1. Shahzad K., Sliem M.H., Shakoor R.A., Radwan A.B. et al. Electrochemical and thermodynamic study on the corrosion performance of API X120 steel in 3.5 % NaCl solution // Scientific Reports. 2020. Vol. 10. No. 1. Р. 4314.

2. Katiyar P.K., Misra S., Mondal K. Corrosion behavior of annealed steels with different carbon contents (0.002, 0.17, 0.43 and 0.7 % C) in freely aerated 3.5 % NaCl solution // Journal of Materials Engineering and Performance. 2019. Vol. 28. Pр. 4041–4052.

3. Василенко Г.В. Влияние концентрации кислорода на коррозию тепловых сетей и теплообменных аппаратов // Теплоэнергетика. 2007. № 2. С. 66–68.

4. Song G.D., Jeon S.H., Son Y.H., Kim J.G., Hur D.H. Galvanic effect of magnetite on the corrosion behavior of carbon steel in deaerated alkaline solutions under flowing conditions // Corrosion Science. 2018. Vol. 131. Pр. 71–80.

5. Родионова И.Г., Амежнов А.В., Зайцев А.И., Могутнов Б.М., Бакланова О.Н. Коррозионная стойкость нелегированных и низколегированных сталей в нейтральных водных средах. М. : Металлургиздат, 2021. 388 с.

6. Satoh T., Shao Y., Cook W.G., Lister D.H., Uchida S. Flow-assisted corrosion of carbon steel under neutral water conditions // Corrosion. 2007. Vol. 63. Pр. 770–780.

7. Ракоч А.Г., Лобач А.А., Монахова Е.П. и др. Коррозионное поведение стали 08Ю в растворе, имитирующем условия ее эксплуатации в системах отопления // Черные металлы. 2023. № 7. С. 72–78. DOI: 10.17580/chm.2023.07.09. EDN FETGFU.

8. Кашуркин А.Ю., Усиков С.М., Мельникова И.В. Определение растворимости газов в теплоносителе водяных систем отопления при характерных эксплуатационных режимах // Инженерный вестник Дона. 2024. № 12 (120). С. 561–571.

9. Викулина В.Б., Инешина Л.В. Теоретические исследования движения пузырьков воздуха в потоке воды при аэрации // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2019. № 10 (214). С. 22–24.

10. Ягов В.В., Лабунцов Д.А. Механика двухфазных систем. М. : Издательский дом «МЭИ», 2007. 384 с.

11. Лурье М.В., Астрахан И.М., Кадет В.В. Гидравлика и ее приложения в нефтегазовом производстве. М. : МАКС Пресс, 2010. 331 с.

12. Игнатенко Е.В., Брянская Ю.В. Распределение скоростей в каналах различной геометрии и шероховатости // Гидротехническое строительство. 2023. № 4. С. 50–55.

13. Смирнова О. Сепараторы Flamco — надежная защита системы отопления вашего дома // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2015. № 11 (167). С. 48–49.

14. Топоркова А.А., Кобченко А.В. Применение сепараторов воздуха и шлама для эффективной очистки тепло­носителя // Современные условия взаимодействия науки и техники : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. Пермь, 11 ноября 2018 года. Часть 2. С. 109–111.

15. Правила технической эксплуатации объектов теплоснабжения и теплопотребляющих установок : утв. Приказом Минэнерго России от 14 мая 2025 г. № 511.