Почему отключают отопление и горячую воду: объясняет инженер-теплоэнергетик

В нашей жизни многое поменялось до неузнаваемости, но неизменно одно — отключения тепла и горячей воды.

Часто эти отключения происходят даже в отопительный сезон — осенью и зимой, когда без горячих батарей совсем тяжело. Заслуженный энергетик РФ, один из ведущих инженеров-теплотехников Санкт-Петербурга Роман Рожков рассказал, почему пока не изобрели технологий, позволяющих избежать отключений, и какие проблемы накопились в теплосетевом хозяйстве.

Если запустить в трубы и батареи пар, вся система в считаные недели проржавеет до дыр. Но пар участвует в генерации тепла. Упрощенно, на электростанции в топке горит уголь или дрова, в котле кипит вода, образуется пар. Пар крутит турбины и вырабатывает электричество.

Но тепловая электростанция кроме электроэнергии, как правило, производит еще и тепло для отопления. Такая станция называется теплоэлектроцентралью — ТЭЦ. Если на обычной электростанции отработавший пар просто вылетает в трубу, то в тепловых электростанциях он идет в бойлеры, где нагревает воду. Затем горячая вода насосами подается в тепловые сети и далее по трубам — в наши краны и батареи.

Тепло для домов — это побочный продукт работы ТЭЦ. Система способна работать на разных энергоносителях. Источниками тепла для ТЭЦ могут быть как котлы на угле, торфе, мазуте или природном газе, так и ядерные реакторы.

Система теплоснабжения, основанная на комбинированной выработке электрической и тепловой энергии на ТЭЦ, появилась в советское время и зарекомендовала себя как экономичная и надежная. Она позволила строить новые жилые микрорайоны и даже большие города с центральным отоплением в северных широтах.

Советские инженеры разрабатывали систему, которая способна без критических сбоев работать долгие десятилетия. Ведь в сильные морозы в большом городе даже сутки без горячих батарей -— готовый сюжет для фильма-катастрофы с финалом в виде разрухи и массовой эвакуации. Люди начнут пользоваться электрическими обогревателями, создадут аварийные нагрузки на электросети. Далее — цепная реакция: электросети не выдерживают, отключается свет, останавливаются насосы, прокачивающие горячую воду по трубопроводам, вода замерзает в трубах, они лопаются, вода заливает дома, морозы крепчают.

Вода, нагретая на ТЭЦ и в котельных, идет по теплосетям. Они состоят из:

• магистральных труб большого диаметра — от 500 до 1400 мм — от ТЭЦ и котельных;
• распределительных трубопроводов меньшего диаметра, которые разводят теплоноситель  от магистралей по районам теплоснабжения;
• тепловых вводов — это внутриквартальные сети, которые доставляют теплоноситель к тепловым пунктам зданий.

То есть схема тепловых сетей напоминает ветвистое дерево: ствол — магистраль, крупные ветви — распределительные сети, а мелкие — квартальные сети. Заканчивается это дерево листочками, то есть тепловыми пунктами.

Еще в тепловом пункте воду разделяют на два потока — основной подается на отопление, а второй — на горячее водоснабжение. Когда летом отопление отключают, теплоноситель подается только для обеспечения горячей водой.

В старых районах можно встретить наружные теплотрассы — на них еще любят полежать коты и собаки, потому что там тепло. Но к новостройкам такие не ведут.

Надземные трубопроводы — самые надежные: их безаварийный срок службы обычно превышает 40 лет. Они на виду и почти не подвержены наружной коррозии — главной причине дефектов труб. Но в городах надземная прокладка трубопроводов практически везде запрещена, поскольку портит вид. Поэтому 90% теплопроводов в крупных городах идут под землей.

Подземные трубопроводы закладывают на глубину от полутора метров. Главный недостаток — трубы не видно, а это затрудняет выявление проблем на ранних стадиях. Поэтому часто дефекты проявляются уже в виде промоин и гейзеров горячей воды, которые могут сопровождаться серьезными разрушениями и даже гибелью людей.

Трубы всегда идут парами. По одной подается горячая вода, по другой, так называемой обратке, отводится обратно на ТЭЦ отработавший теплоноситель, который уже отдал свое тепло. То есть это кольцо: горячая вода циркулирует по трубам, отдает свое тепло в домах, а потом возвращается на ТЭЦ и нагревается снова. Температура обратной воды существенно ниже температуры воды в подающем трубопроводе. На подаче в морозы может быть 150 °С, а на обратке — всего 70 °С.

Тепло может по-разному «входить» в дом. Есть два типа систем — открытые и закрытые. Различие в принципе организации горячего водоснабжения.

Открытые системы. В краны с горячей водой поступает та же вода, что циркулирует по тепловым сетям в качестве теплоносителя.

✅ Открытая система простая и дешевая. Коррозия стальных труб в квартирах существенно меньше, так как воду на ТЭЦ специально освобождают от кислорода — деаэрируют. Благодаря этому она на порядки менее агрессивна по сравнению с обычной водопроводной водой, нагретой до той же температуры. Это позволяет делать разводку в домах обычными стальными трубами, что дешевле, чем трубами из коррозионно-стойких материалов.

✅ Устаревшие системы с открытым водоразбором позволяют летом отключать горячую воду значительно реже, поскольку при ремонте одного из двух трубопроводов — подающего либо обратного — в работе остается другой трубопровод, по которому можно доставить горячую воду.

Качество горячего водоснабжения при подаче воды по однотрубной схеме будет ниже. Ночью жильцы редко включают воду, и она будет застаиваться в трубопроводах, остывать, насыщаться продуктами коррозии — приобретет желтоватый цвет и болотный запах. Но если такую воду все же «пролить», она станет обычной для этого дома и днем ей можно будет пользоваться.

❌ Сетевая вода — более низкого качества, чем вода из городского водопровода. Она весь отопительный сезон циркулирует по трубам и батареям, постепенно собирая коррозионные отложения и мусор, который неизбежно остается в трубах после ремонтов.

Закрытые системы. В тепловом пункте смонтирован теплообменник, который отвечает за нагрев водопроводной воды для кранов. То есть сетевая вода и горячая вода в доме не перемешиваются. Сетевая поступает только в батареи, а для кранов подается обычная водопроводная вода, которая предварительно нагревается горячей сетевой водой в теплообменнике в подвале. Это и есть принцип работы теплообменника — обмен теплом.

✅ Горячая вода, которая бежит из кранов, значительно чище, поскольку не зависит от качества теплоносителя.

❌ Система дороже, так как нужен теплообменник, который делает тепловой пункт более сложным. А все трубопроводы в здании должны быть сделаны из коррозионно-стойких материалов, потому что водопроводная вода насыщена кислородом, а при ее нагреве до 60—75 °С коррозионная агрессивность возрастает в десятки и даже сотни раз.

❌Как ни странно, жители современных зданий, подключенных к горячей воде через теплообменники, то есть по закрытой системе, оказались в невыгодном положении. Делать ремонты без отключения горячей воды нельзя, так как для нагрева водопроводной воды в теплообменнике обязательно должна поддерживаться циркуляция теплоносителя. А если хотя бы одна труба в ремонте, циркуляция невозможна.

В 2010 году в России приняли федеральный закон №190 «О теплоснабжении», и там было положение о запрете с 2013 года подключения новых потребителей по схеме открытого водоразбора. А с 1 января 2022 года вообще запрещалось использовать централизованные системы горячего водоснабжения открытого типа.

Закон предполагал, что будут приняты программы модернизации централизованных систем теплоснабжения с переводом их на закрытую схему. Но, видимо, разработчики этого закона не представляли масштабов такой модернизации. По открытому принципу формировалось теплоснабжение, например, во всем Санкт-Петербурге. Затраты на его модернизацию — это сотни миллиардов рублей. И чтобы высвободить такие средства из бюджета, пришлось бы на несколько лет свернуть программу замены старых теплосетей, а это недопустимо.

Поэтому к серьезной разработке такой программы в Санкт-Петербурге, как, впрочем, и в большинстве других регионов России, даже не приступали, а сам закон в 2021 году откорректировали. Отдали решение вопроса о преобразовании систем водоснабжения на усмотрение регионов.

В то же время требование о новых подключениях только по закрытому типу соблюдается, то есть все новостройки сдаются только с закрытыми системами.

В Москве, где изначально применяли закрытые системы, проблемы, можно сказать, нет. А вот в Санкт-Петербурге 90% домов подключены по схеме открытого водоразбора и только 10% — по закрытой.

В советское время санитарные нормативы разрешали отключать воду на три недели. Сейчас — только на две  . Это максимальный срок, то есть меньше можно, а больше — только по согласованию с местной властью. За время планового отключения специалистам нужно найти протечки и устранить их.

Вот методы, которые применяются.

Осмотр при помощи роботов. В крупных городах используют роботов на гусеничном ходу с видеокамерами и ультразвуковыми сканерами, которые могут найти даже незаметные глазу повреждения. Такой способ диагностики — самый эффективный. Но подходит только для труб большого диаметра, куда может влезть робот. А самые проблемные обычно — квартальные сети, к тому же даже по большим трубам робот движется медленно.

Гидравлические испытания. Это классический способ, когда в трубопроводы подают воду под давлением, которое как минимум на 25% превышает обычное рабочее давление отопительного сезона. Воду нагнетают холодную, так как могут забить фонтаны такой силы, что в воздух полетят камни, а на газонах появятся воронки, как от снарядов.

Сами испытания длятся недолго, а вот поиск и устранение неисправностей занимают до двух недель. Такие работы причиняют немало неудобств жителям. Но поверьте, что фонтаны холодной воды летом — это гораздо меньшее зло, чем гейзеры из горячей воды и разливы кипятка зимой.

Испытания температурой. Их обычно проводят в конце отопительного сезона в дополнение к гидравлическим. Цель этих испытаний — проверка работы сетей в условиях резкого изменения температур. Воду в трубах разогревают до максимальных значений, то есть выше 100 °C. При этом давление в трубопроводах не повышают выше рабочего.

Если произошел прорыв, из-под земли будет вырываться пар. Бригады ремонтников едут или идут по поверхности вдоль теплосети и смотрят, не появился ли этот пар. Если нашли проблему, место огораживают и приступают к раскопкам: пригоняют экскаватор, начинают ремонт.

И это только часть работ. Помимо трубопроводов еще есть ремонты на ТЭЦ и в котельных, которые тоже нельзя выполнить без прекращения подачи теплоносителя.

Что греха таить, каждую зиму появляются сообщения о прорывах теплотрасс и авариях. Избежать их не удается. В системах теплоснабжения самое слабое звено — это стальные трубопроводы. Их сотни и тысячи километров. Есть трубы, которые служат не один десяток лет.

Классические трубы, из которых строят теплосети — толстостенные стальные в защитных теплоизоляционных оболочках. Такие трубы выдерживают давление до 16 атм и температуру воды, которая может превышать 150 °C. Пока не найдено более современных материалов, поскольку ни один полимер не выдержит таких температур. А нержавейка очень дорогая. То есть альтернатив стальным трубам нет. А их срок службы — 25 лет.

Главные враги стальных труб — коррозия и механические нагрузки, приводящие к усталости металла. Объясню подробнее.

Чтобы стальная труба не ржавела, необходимо перекрыть к ней доступ кислорода изнутри и влаги снаружи.

Внутренняя коррозия. Чтобы ее остановить, воду для труб специальным образом готовят. Главное мероприятие — деаэрация, освобождение воды от кислорода. Это делает воду на порядки менее агрессивной. Для этого на ТЭЦ установлено специальное оборудование — деаэраторы.

Если пропускать по стальным трубам только такую воду и полностью исключить ее контакт с воздухом, то есть не давать трубам «завоздушиваться», внутреннюю коррозию можно свести к минимуму. Но в реальной жизни при ремонтах и заполнении труб водой в них неизбежно попадает воздух. Результат: коррозия внутренней поверхности, это выглядит как налет ржавчины и глубокие язвы. Постепенно язвы превращаются в сквозные свищи, целостность трубопровода нарушается — прорыв, авария.

Причем процесс старения развивается лавинообразно: больше воздуха — больше коррозии, больше износ — чаще ремонт.

Наружная коррозия. Возникает из-за намокания изоляции труб. Снаружи труба тщательно утеплена и имеет слой гидроизоляции, чтобы утеплитель не намокал. Но достаточно в гидроизоляционном слое появиться небольшому повреждению — и тепловая изоляция трубы, как губка, начинает впитывать в себя влагу из грунта. Контакт с этой водой, которая еще и нагревается от трубы, приводит к ускоренной коррозии трубопроводов с внешней стороны.

Механические нагрузки. Это тоже критичная для труб угроза. Нагрузки возникают из-за перепадов температуры. Коэффициент линейного расширения черной и оцинкованной стали — 0,0115 мм/м °C. То есть, если ТЭЦ увеличит температуру теплоносителя всего на один градус, километровый участок трубы увеличится в длину на 11,5 мм. А зимой температура изменяется не на один, а на десятки градусов — в зависимости от погоды.

Если с этим ничего не делать, от постоянных сжатий-расширений металл «устает», трубы разрушаются.

Чтобы устранить деформации, устанавливают компенсаторы. Они бывают сильфонные — выглядят как гармошки, и сальниковые — в виде стаканов с герметизирующей сальниковой набивкой. В компенсаторы помещают концы труб.

Нормативный срок службы стальных трубопроводов — 20—25 лет.

Зона ответственности жильцов — это их квартира. Чтобы система отопления работала без проблем, можно сделать следующее:

1. Заменить или отремонтировать батареи, если они подтекают или просто плохо нагреваются, при этом у соседей всё в порядке. Делать это надо летом, когда нет тепла. Экстренный ремонт, когда горячая вода хлещет на паркет, — мероприятие малоприятное.
2. Смириться, что летние отключения — неизбежность, причем как для старых районов, так и для новостроек с локальными котельными и закрытыми системами теплоснабжения.
3. Единственный рецепт для тех, кто не готов терпеть дискомфорт, — поставить в квартире накопительный электрический бойлер на 30—50 литров. Он позволит принять теплый душ, если горячей воды нет, или помыть посуду, если для этого нет посудомоечной машины.