Чтобы на Хабр не писали чушь, его надо продезинфицировать. Чтобы быстрее продезинфицировать – пожертвовать свободным вечером и написать статью по горячим как вода следам.
Как вы уже догадались, речь пойдет о статье «Можно ли пить горячую воду из крана и брать ее, чтобы вскипятить.». Хорошо, что утром, когда я прочел эту статью, я сидел на специальном разработанном Илоном Маском стартовом столе из жаропрочной керамики, снабженным просторной газоотводной камерой и затопленным водой каналом, эффективно нейтрализующим открытое пламя. Потому что правда в этой статье по сути только одна – в одном из вариантов системы горячего водоснабжения теплоноситель содержит антикоррозионные присадки, которые не очень хорошо пить в случае их попадания в домовую магистраль. Все остальное – либо ложь, либо невежество, либо сознательная манипуляция фактами, что на выходе дает примерно одно и то же.
Для начала автор предлагает нам классический жупел. Мол, вот если вы воду готовите себе сами – тогда можете в ней быть уверены. А если ее не добыли из артезианской скважины на ваших глазах – то работающий на Топоним-Водоканале Петрович может туда плюнуть или допустить прорыв в воду страшного ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, на который дается ссылка. Вот она:
Это первое и самое громкое в статье заблуждение – или наглое передергивание, не знаю. Почему-то автор уверен, что огромный теплообменник, а также магистрали от ТЭЦ, которые к нему ведут, заполнены жидкостью стоимостью в 500 рублей за литр. То есть, в теплообменнике плещется миллион-другой, а в магистралях – еще пара десятков миллионов рублей.
А что же такое этот ваш разноцветный антифриз и с чем его едят? Да, антифризы на основе воды с добавкой гликолей – очень распространенный теплоноситель, сочетающий высокую удельную теплоемкость воды и низкую температуру замерзания этих самых ядовитых двухатомных спиртов. Да вот только… используется он ровно в одном случае – когда вам именно что требуется, чтобы трубы не полопались от мороза!
Это, в свою очередь, бывает в двух случаях: во-первых, все автомобили (включая даже электрические, только у них эти системы остужают батарею), поскольку двигатель при движении нужно охлаждать, но при этом на парковке зимой он не должен треснуть по прокладке ГБЦ от расширения льда; во-вторых, описанные на скрине случаи отопления частного дома, когда можно не сливать на зиму систему, а заполнить ее антифризом, или охлаждения серверной в жопах мира, где важна автономность и надежность системы – дорого, но терпимо. Никто не будет заливать этот дорогой яд тоннами в теплообменники ТЭЦ или поселковые котельные – достаточно просто поддерживать в магистралях температуру, благо она не падает мгновенно в нагревающих котлах.
Далее, мы читаем:
«Всегда нагревание происходит через теплообменники. Это такие радиаторы с большим количеством трубочек. Трубочки расположены как бы в бочке, а в бочку поступает или пар или специально нагретая жидкость. Которая не питьевая вода совсем. Это специально подготовленный химический водный раствор, который при нагревании не образует накипи и не окисляет железные и медные трубы.
То есть точно это не питьевая вода.
В кожух‑бочку заходит химическая вода, а вода для нагрева пропускается через трубочки.
И вот тут мы понимаем, что трубочки не вечны. И они могут иметь дырочки. Откуда? Ну вот от коррозии. Или от дефектов пайки или сварки. Хим состав теплоносителя для нагрева специально делается для избежания коррозии, но сама то вода такими антикоррозионными свойствами не обладает. А она точно также, как и теплоноситель воздействует на трубочки. Только изнутри, а не снаружи.
И вот если что‑то в этой системе прохудилось, что две жидкости смешиваются. Та, что снаружи — горячий теплоноситель и та, что внутри — холодная вода, которая попала туда для нагрева. Иными словами, к вам в горячую воду начинает поступать не только сама вода, но и частично теплоноситель. А он точно не питьевой.
Есть и еще вариант, когда сами теплообменники сделаны так, что отдают в воду всякую гадость.
Вот вам пример как это выглядит, когда совсем все плохо. Челябинский ЖК.
Автор «топит» за то, что в отоплении используют кожухотрубчатые теплообменники. Вон, мол, сколько ненадежных соединений/сварки/пайки, и какой объем яда идет поперек потока нагреваемой воды! Я не специалист по инженерным сетям и отоплению, но, к сожалению, я изучал химическую технологию. И первый вопрос, который я себе задал – стоп. А зачем воду греть водой (то, что антифриз не используют, мы уже поняли) с неединичным КПД? А вода из второго контура уже магически некоррозионная? А воду из первого контура тогда чем нагревают, нулевой водой? Или все же как-то по-другому?
Ну, во-первых, в номенклатуре теплового оборудования есть сетевые подогреватели воды, которые изготавливают согласно отраслевому стандарту ОСТ 108.271.101-76. Они греют воду прямо на ТЭЦ или котельной вырабатываемым там паром, что логично – пар под давлением позволяет даже кипятить воду, нагревая выше 100С, а вот обычной водой воду так не нагреешь (воду под давлением – да, но это в промышленности, вода выше 115С подотчетна Ростехнадзору, в жилые дома такое не подадут). В отличие от написанного в статье, в этом специальном виде теплообменников по трубкам идет как раз сетевая вода, а в межтрубное пространство подается пар.
Во-вторых, в самой новости, на которую дает ссылку автор, написано: «Там стоят пластинчатые теплообменники, через которые проходит вода и меняет цвет». То есть, пластинчатые. Это когда всего одна труба коленом с множественными ребрами, типа батареи, но погружена не в комнату с воздухом, а в кожух с водой:
В этом варианте конструкции нет количества сварных соединений, равного числу трубок, умноженному на 2, труба одна, надежность гораздо выше. В новости так и сказано, что готовится иск к производителю теплообменников, в которых, судя по всему, ржавеют пластины, но автор и далее по тексту подменяет понятия:
Горячая вода перестает быть одинаковой с холодной, а становится смесью воды с химическим теплоносителем.
Насколько это уже не холодная вода? Вот по ссылке выше в Челябинске случай, когда уже совсем не та же вода, что и холодная. Прямо видно что не вода.
Ну а теперь можно сделать выводы. Если ваша горячая вода - централизованная, то существует риск того, что туда попадает теплоноситель. Как в ЖК в Челябинске
Но ладно. А давайте поступим совсем как в «Разрушителях мифов»!
Предположим, что на котельной и вправду прохудился кожухотрубный теплообменник, действительно работающий на этиленгликоле. Насколько это опасно для потребителя? Нужно много считать!
Придумываем вводные данные. Глянул на те самые меметичные фотки счетчиков в своем телефоне – я сливаю в месяц 2-3 куба горячей воды. Ввиду возражений, что может я не моюсь и стираю хозяйственным мылом в раковине, завышу до 5. Беглый гуглеж показывает, что в российских городах одна котельная приходится на примерно 25-30 тысяч жителей.
Расчехляем впервые за 15 лет Павлова-Романкова-Носкова.
Формулируем условия:
В кожухотрубном теплообменнике противотоком текут по трубам нагреваемая от 15 С до 65 С вода и по межтрубному пространству охлаждаемый от 90С до 70С этиленгликоль. Температуры взяты немного от балды, но реалистичные. Странно конечно, но пусть так. Разница температур соответственно будет Тгор = 20К и Тхол = 50К, а перепад температур на концах теплообменника – Δtбол = 90-15 = 75 К и Δtмал = 70-65 = 5 К. Считаем среднюю дельту температур:
Тогда средняя температура гликоля будет 80 С, а средняя температура воды считается по формуле 80 - 25,8 = 54,2 С.
Теперь нужно от чего-то отталкиваться. Есть ГОСТ на теплообменники, упоминаемый в П.-Р.-Н., в частности, упоминающий теплообменники 0,4 м в диаметре со 111 трубками наружным диаметром 25 мм и толщиной 2 мм. Попробуем рассчитать площадь, требуемую на нагрев, и подобрать теплообменник.
Для начала, сколько воды будут расходовать? 25000 жителей и 5 кубов в месяц - это 0,0482 кубометра в секунду. Округлим уж до 0,05.
Тогда с потоком воды мы будем уносить: 0,05 м3/с * 988 кг/м3 * 4182 Дж/(кг*К)* 50 К = 10329,5 кДж/с.
Отсюда следует, что расход 20%-го этиленгликоля температурой 80С будет:
103295000 Дж/с / (1006 кг/м3 * 3990 Дж/(кг*К)* 20 К) = 1,29 м3/с.
Теперь нам нужна площадь теплообмена.
Начальным будет уравнение для критерия Нуссельта, Nu= α d / λ, где α - коэффициент теплоотдачи, который мы попробуем найти, d - характеристический размер (диаметр трубок), λ - коэффициент теплопроводности. Для этого выразим его через числа Рейнольдса и Прандтля по формуле Nu = 0,021 * εl * Re^0,8 * Pr^0,43 * (Pr/Pr стенки)^0,25. На члены εl и Pr/Pr стенки я решил сразу же забить, потому что для длинных труб и близких температур жидкости и стенок их можно приравнять к единице.
Итак, для воды при средней температуре 54 С:
Pr ~ 3,25 экстраполяцией из таблицы;
Re = ω d ρ / μ = 0,05 * 0,021 * 988 / 516*10^-6 = 2010
(У нас низкое число Рейнольдса < 2300, и относительно воды я заколебусь считать по более сложной формуле с итеративным подбором температуры, давайте возьмем значение в 1500 Вт / (м2*К) из таблицы как для "грязной воды" и попробуем еще раз):
Для раствора 20% этиленгликоля при средней температуре 80С:
Pr = μ c / λ = 0,523*10^-3 * 3990 / 0,54 = 3,86
Re = ω d ρ / μ = 1,29 * 0,025 * 1006 / 0,523*10^-3 = 62033
Поздравляем, у нас турбулентное течение тосола, формула выше подходит, считаем дальше: Nu = 0,021 * 62033^0,8 * 3,86^0,43 = 256
α = Nu λ / d = 256 * 0,54 / 0,025 = 5530 Вт / (м2*К)
И теперь считаем общий коэффициент теплопередачи:
Тогда поверхность теплообмена равна Q / K Δt сред = 10,33 * 10^6 / 676 * 25,8 = 592 м2. Из стандартных теплообменников нам подойдет только диаметром 1200 мм, длиной 9 м и 1083-мя трубами.
А для чего я вообще это все считал??
У вас есть девятиметровая кастрюля, которая по условиям течет внутрь, в питьевую воду. Сколько должно вытечь, чтобы человек не отравился?
Вода у нас неспешно утекает со скоростью 0,05 куба в секунду. Ищем ПДК этиленгликоля в воде:
гуглится паспорт реактива с сайта Сибура
Тут у нас и LD50 есть, а чо - пригодится.
Значит, чтобы никому не потравиться, этиленгликоль должен сечь в воду не более чем в 1 мг/л. То есть, при нашем потоке воды, должно утекать максимум 500 мг чистого этиленгликоля в секунду, а у нас его 20%-й раствор - значит, можно впятеро больше по объему, 2500 мг или 2,5 мл "тосола" в секунду (давайте уж плотность примем за единицу). Значит, за 1000 секунд уйдет 2,5 л. А 2,5 кубометра вытечет за 11 с небольшим дней. Это, по очень грубой прикидке, больше половины от междутрубного объема нашего теплообменника (уже полчетвертого ночи, я реально устал считать!), то есть, за две недели система потеряет значительную, просто очевидную часть мощности – и при этом никто в районе не отравится.
Ну, а чтобы все-таки отравиться?
Возьмем наименьший LD50 при внутрижелудочном введении. Значит, при выпивании 5000 мг на кг веса умирает половина грызунов - пускай и людей тоже. Значит, нужно дать человеку 5 мл *70 кг = 350 мл чистого этиленгликоля, или же 350*5 = 1750 мл нашего "тосола". Эээээ? А точно каждый из нас выпивает ежедневно столько хотя бы просто воды?
Давайте искать золотую середину. Если чтобы умереть, нужно выпить 1750 мл жидкости прямо из кожуха теплообменника, то ПДК в виде 1,75 мг в этих 1750 мл человек не замечает. 1,75 мг против 350 г - давайте установим, что 0,1% от летальной дозы - 0,35 г, или же 200 ПДК, очевидно опасны для здоровья при длительном употреблении.
Скорость истечения ПДК, однако, мы уже считали. Если 2,5 кубометра "тосола" вытекали с ПДК в поток воды за миллион секунд, то теперь будут всего лишь за 5000. А это каких-то полтора часа. Значит, за два-три часа в водоснабжение утечет гарантированно весь теплообменник, подняв там ПДК до опасных значений. Если не повезет - кто-то за это время наберет и вскипятит один чайник воды. Потом все это утечет в канализацию - ведь потребление я считал полное, люди помоются этой водичкой, недовольно почешутся (ирритант все-таки), а тем временем на котельной объявляется авария, вода нормально не греется, ведь за пару часов утек из теплообменника весь антифриз... если бы он там был, конечно, фффуууух, совсем забыл, что мы фантазируем, еле отпустило, никогда больше не буду пить тосол с Петровичем из котельной.
Резюме: пить антифриз не надо. В водопроводе его нет. Всем без паники и учите ПАХТ. Если что не так посчитал - бейте. Это лучше, чем заплюсовывать нефактчеканное.
Автор:
Vsevo10d
