Отопление вагонов. Системы отопления с незамерзающим теплоносителем

[Admin]

Отопление вагонов. Системы отопления с незамерзающим теплоносителем

Системы отопления пассажирских вагонов с использованием в качестве теплоносителя воды имеют один существенный недостаток, связанный со значительным изменением плотности при фазовом переходе из жидкого в твёрдое состояние, происходящем при довольно высоком температурном уровне (273 К). Результатом этого являлись довольно частые в эксплуатации случаи размораживания системы, особенно подпольной трубы и других элементов.

Аварийные ситуации, нарушение инструкций приводило к необходимости замены лопнувших труб и элементов системы отопления, а вид этих ремонтов не относится к дешёвым и простым. Поэтому всегда возникал вопрос об использовании в системах отопления пассажирских вагонов незамерзающего низкотемпературного теплоносителя. Успешное использование в автомобилях для охлаждения двигателей низкотемпературных жидкостей на основе этиленгликоля способствовало постановке работ по оценке возможности применения таких же или подобных жидкостей в качестве теплоносителей в системах отопления пассажирских вагонов.

В конце прошлого века ВНИИЖТ-ом при участии ВНИИВ-а и ВНИИЖГ был проведен комплекс работ, охватывающий весь спектр проблемы, начиная от баз снабжения, экипировки, особенностей эксплуатации, утилизации. Первоначально был сделан выбор на использование в качестве теплоносителя этиленгликолевых тосолов марок А 40 М и А 65 М. В лабораторных условиях были определены низшие допустимые пределы концентраций этиленгликоля в водных растворах по температуре замерзания и механическому воздействию на элементы систем отопления пассажирских вагонов. На опытных вагонах были проведены теплотехнические испытания систем отопления с низкотемпературными теплоносителями во всём диапазоне тепловых нагрузок, проведены эксперименты по «холодному» пуску системы при температурах наружного воздуха и внутри вагона минус 25 "С. В испытаниях было установлено, что некоторые физические особенности ТОСОЛ'ов (плотность, теплоёмкость, вязкость) практически не оказали влияния на работу системы отопления вагона в качественном и количественном отношении, а реализация «холодных» пусков системы является важным эксплуатационным преимуществом систем с незамерзающим теплоносителем. Естественно, что никаких повреждений системы отопления выявлено не было после длительной выдержки вагона без обогрева при температурах наружного воздуха до минус 25 "С. Не было выявлено утечек тосола по всем соединениям системы (вагон был взят для испытаний после выполнения КР-1). В итоге разработан проект модернизации систем отопления пассажирских вагонов под использование в качестве теплоносителя низкотемпературных незамерзающих жидкостей марки А 40 М и А 65 М, а также поступивших на рынок новых марок ОЖ-Лена 40 и ОЖ-Лена 65, также на основе этиленгликоля, но отличающихся более широким «букетом» стабилизирующих, антикоррозионных и других добавок. Главным содержанием проекта было полное гидравлическое отделение систем отопления от систем холодного и горячего водоснабжения вагонов. Особое внимание было уделено исключению попадания теплоносителя в систему водоснабжения через бойлер, конструкция которого допускала смешение жидкостей в результате размораживания греющей трубы при постановке вагона в отстой с нарушением инструкции по сливу воды из системы. Обследование партии вагонов эксплуатируемого парка показало, что более 30 % из них имеют приобретённый дефект обогревающей трубы и котловая вода могла легко смешиваться с питьевой.

В финале работа не была рекомендована к внедрению по категорическому запрету ВНИИЖГ и ГлавСанУпр'а, с мотивацией, что этиленгликоль вещество ядовитое, полностью нельзя исключить вероятность контакта с пассажирами, а при возможных крушениях произойдёт заражение местности.

Продолжение работ по использованию низкотемпературных незамерзающих теплоносителей в системах отопления пассажирских вагонов было связано с появлением на рынке солевых антифризов марок ACOЛ-K, ACOJI-KE, Арктика-45, производимых предприятиями Химпрома в Ро-шальске, Ярославле, Череповце, специализированными фирмами, такими как ТОО «Экодор», ТОО «Юпитер», «Агрохимбезопасность» и другими. Антифризы указанных марок представляют собой водные растворы минеральных солей на пределе насыщения с различными стабилизирующими, антикоррозионными и другими химическими добавками, изготовляемые по специальной технологии, с температурой замерзания от минус 30 °С до минус 50 °С. Солевые антифризы являются экологически чистыми жидкостями, по степени воздействия на человека относятся к веществам малоопасным — 4 класс по ГОСТ 12.1.007, при попадании антифризов на кожу необходимо и достаточно смыть их водой. Антифризы не горючи, пожаровзрывобезопасны, плотность их в зависимости от марок колеблется от 1,3 т/м3 до 1,45 т/м3 при 20 °С. ВНИИЖТ'ом были проведены всесторонние испытания образцов антифризов на лабораторных стендах, в климатической камере, в системе отопления экспериментального вагона. Основные недостатки опытных антифризов заключались в нестабильности жидкости, проявлявшейся в поверхностной кристаллизации солей на стенках сосудов и образовании плавающих агломератов, а также в высокой коррозионной агрессии к алюминию, олову и их сплавам, некоторым сортам резины. После внесения разработчиками определенных корректив в производство, опытные антифризы были опробованы в системе отопления экспериментального вагона ВНИИЖТ. В испытаниях была получена воспроизводимость теплотехнических характеристик системы при работе на антифризе ACOЛ-K и достигнута возможность холодных пусков при отрицательных температурах наружного воздуха. Уменьшение объема теплоносителя и увеличение его плотности в небольших пределах являлись следствием испарения воды и компенсировались её добавками в систему. При этом использовалась дистиллированная вода. Отмечены недостатки: небольшие протечки по резьбовым и фланцевым соединениям, высокая агрессия по отношению к окрашенным поверхностям системы при попадании на них антифриза. Выявлены положительные свойства: специальные вставки в систему из старых отопительных труб вагонов с явными отложениями накипи очистились от них почти до металлического блеска, внутри новых стандартных труб следов коррозии обнаружено не было.

Испытания антифризов были продолжены в системах отопления двух пассажирских вагонов, модернизированных по проекту M1499 Новороссийским ВРЗ с использованием специальных смазок для резьбовых соединений, предложенных разработчиком. Испытания проводились в зимний период в условиях эксплуатации, с пассажирами, на северных направлениях от Москвы и обратно. В систему отопления вагонов был заправлен антифриз марки ACOЛ-KE, имеющий температуру замерзания минус 30 °С.

В пунктах оборота и перестоя вагоны отапливались. Наблюдения показали, что системы отопления функционировали нормально, плотность антифризов оставалась практически на одном уровне при небольшом добавлении воды из системы водоснабжения. К концу сезона опытная эксплуатация была прекращена из-за несанкционированного слива антифриза из систем.

По нормативным требованиям пассажирские вагоны должны устойчиво эксплуатироваться при наружных температурах от минус 40 °С до плюс 40 °С. Поэтому антифризы должны иметь температуру замерзания не выше минус 50 "С с запасом для обеспечения надёжности. Поставленная пред разработчиками задача, была решена ими созданием антифризов марок ACOЛ-K и Арктика с температурой замерзания минус 50 "С. Однако эти сорта солевых антифризов отличались нестабильностью, характеризующейся обратными процессами кристаллизации, образованием агломератов, особенно в условиях хранения, температура замерзания жидкой фазы при этом повышалась.

Последний известный эксперимент с использованием солевых антифризов был проведен на скоростных вагонах модели 61-4170, система отопления которых была спроектирована ОАО «ТВЗ» с участием ГОСНИИВ. Отличительная особенность системы состоит в применении электрокотла с высоковольтным обогревом теплоносителя без резервного (угольного или жидкостного) обогрева с использованием в качестве теплоносителя антифриза с температурой замерзания не ниже минус 40 "С. Проведенные испытания вагонов, в системах отопления которых использовался ACOЛ-К, показали неудовлетворительную работу жидкостных калориферов, выражавшуюся в значительных колебаниях температур приточного воздуха и неравномерности теплоотдачи теплоотдающих труб по длине вагона на режимах с естественной циркуляцией теплоносителя, которые являются основными для вагонов производства ОАО «ТВЗ». В резервных бочках, служащих для пополнения системы, наблюдалось образование плавающих солевых «глыб». В местах трубных соединений наблюдались подтёки антифриза, разъедавшие окрашенную поверхность. В результате АСОЛ-К был слит, системы вагонов были промыты, заправлены водой. Вагоны 61-4170 эксплуатировались на полигоне С.-Петербург — Москва в составах скоростных поездов. Но поиск подходящего низкотемпературного теплоносителя продолжался постоянно. Рассматривается использование теплоносителей на основе более дорогого, но экологически чистого пропиленгликоля, такого как, например, «Пекассл-50», выпускаемый в Германии, с температурой замерзания минус 50 "С. Есть предложения и отечественных производителей пропиленгликолевых антифризов.

Интересен факт эксплуатации пассажирских вагонов ВЛАБ-РИЦ с использованием в системе отопления теплоносителя «Фрикофен», на основе этиленгликоля производства Германии. В 90-х годах МПС закупил партию таких вагонов специально для поездов Москва-Берлин, система отопления которых оборудована высоковольтным электрокотлом без резервного обогрева от альтернативного источника и, соответственно, рассчитана на использование «Фрикофена» — аналог отечественного тосола марки А 40 М. Иначе, как позицией двойных стандартов, это назвать трудно. Вагоны находятся в эксплуатации до сих пор. Однозначного решения по использованию антифризов в системах отопления пассажирских вагонов пока нет, но есть реальные преимущества их использования по сравнению с водой, заключающиеся в следующем.

• Защищенность системы от механических разрушений и коррозии.

• Стабильность теплотехнических качеств отопительных приборов в процессе эксплуатации.

• Возможность холодных пусков системы при отрицательных температурах окружающего воздуха.

• Экономия энергии при неотапливаемых отстоях.

Последний тезис подтверждается расчётами, выполненными на ЭВМ с использованием дифференциальных уравнений [19], отражающих процессы остывания и нагрева вагонов с системой отопления с антифризом.

Характеристики циклического и постоянного режимов отопления

вагонов в перестое tв — температура воздуха внутри вагона; Этп, Этц — энергия, расходуемая на обогрев вагона, соответственно при постоянном и циклическом режимах отопления в перестрое

[Углев Дмитрий]

Источник информации?