До питання про замерзання  нерухомої   води в трубопроводах.

          При замерзанні води відбувається її  розширення і збільшення в об’ємі твердої фази (льоду) на 9 % від первинного  об’єму води.  В умовах замкнутого об’єму  посудини (трубопроводу, обладнання), у котрих відбувається  утворення льоду і розширення це призводить до збільшення тиску на стінки і до їх руйнування. Замерзання  за умови нерухомої води завжди відбувається з верхніх шарів води і потім поширюється за принципом  «зверху – вниз». Тому навіть неповне заповнення водою трубопроводів або арматури не запобігає руйнуванню. Верхній шар води буде закоркований твердою фазою.

Температура замерзання води під тиском 1 ата ( 0,1 МПа) становить 0^оC. При збільшенні тиску води температура  переходу води у тверду фазу  зменшується. Так при тиску 1 МПа  температура переходу води у лід відбувається уже при температурі -0,06 ^оC, а під тиском 20 МПа – при температурі -1,5 ^оC. Наявність дисперсної фази у воді   прискорює процес утворення льоду. Наявність сольових розчинів – зменшує температуру замерзання води.

Якщо вода у трубопроводі не рухається, то при зниженні температури води  до +4 град С вода набуває найбільшої щільності – близько 1000 кг/м3 і опускається у нижню зону трубопроводу або обладнання. Вертикальне перемішування при цьому припиняється. А у верхній зоні при температурі 0 ^оC і нижче відбувається утворення кристалів льоду шестикутної форми, які починають збільшуватись. По мірі подальшого зниження температури процес розповсюджується зверху вниз на всю висоту трубопроводу або обладнання. При розмерзанні вода при температурі  +4 ^оC залишається насичена рихлими льодоподібними масами.

 Час замерзання води залежить від температури повітря  навколо труби, рухливості зовнішнього повітря,   початкової температури на поверхні труби або обладнання і діаметру труби. Найбільший вплив має діаметр труби і температура довкілля. Початкова температура на поверхні трубопроводу має незначний вплив.

Для запобігання швидкого замерзання води у приміщенні необхідно  вжити заходів щодо збільшення стійкості неопалювальної будівлі у якій прокладено трубопровід, або розміщено обладнання і запобіганню його переохолодженню, уникнути  протягів і рухливості повітря.

Таблиця. Час замерзання води  у трубопроводах у хвилинах залежно від діаметру трубопроводу і температури повітря  навколо трубопроводу. Початкова температура на поверхні труби + 10 град С

Для початкової температури  на поверхні трубопроводу у діапазоні від + 30 до +50 град С. час приймати згідно таблиці з коефіцієнтом 1,4.

Графік охолодження води від початкової  температури на поверхні труби  +40 град С  і  + 20 град С для діаметру трубопроводу 15 мм.  і температури зовнішнього повітря      -15 град С  представлено на рис.1

Рис. 1 Графік зниження температури води у трубопроводі

Аналогічний графік для температури зовнішнього повітря (– 1град. С) представлено на рис. 2. Час  охолодження до температури  0 град. С і утворення льоду  – близько 50 хв.

Рис. 2 . Графік охолодження води для температури зовнішнього повітря – 1град С.

Склав Колієнко А.Г.