Содержание
Журнал "Новости теплоснабжения", № 7 (11) июль 2001, С. 40 — 42, www.ntsn.ru
А.Ф. Молочко, директор, А.В. Трич, заведующий лабораторией, БЕЛТЭИ, Минск
При прохождении воды в межполюсном пространстве магнитного аппарата в воде образуются зародыши центров кристаллизации, которые вызывают объемную кристаллизацию солей жидкости. В результате вместо накипи образуется тонкодисперсная взвесь, частицы которой, достигнув определенного размера, образуют шлам.
Анализ существующих способов очистки
В настоящее время в теплоэнергетике основным теплоносителем является пресная вода, получаемая из природных источников, и содержащая большое количество различных примесей — от растворенных минеральных солей до органических соединений. При работе теплообменного оборудования примеси выделяются в твердую фазу как в виде накипи (отложения непосредственно на поверхности), так и в виде шлама. Отложения вызывают ухудшение теплопередачи, что приводит к снижению эффективности работы оборудования (перерасходу топлива, перегреву металла и т.д.).
Для предотвращения образования отложений проводят предварительную химическую обработку воды используемой в качестве теплоносителя, но данные мероприятия не обеспечивают 100% защиты от отложений. Поэтому в теплообменном оборудовании постоянно происходит образование различных отложений ухудшающих его работу и требующих периодической очистки.
Фактически существует два принципиальных метода очистки теплообменного оборудования — физический и химический. Обязательными требованиями для всех применяемых методов является полное удаление отложений из очищаемого оборудования и сохранение целостности его конструкций. Эти требования должны выполняться в условиях безопасности для персонала, в приемлемые сроки, с минимальным воздействием на окружающую среду.
В настоящее время используются преимущественно химические методы — химические промывки. В частности, практически на всех котельных широкое применение для очистки поверхностей нагрева получил метод кислотной химической очистки ингибированной соляной кислотой с последующим щелочением. Но при этом необходимо учитывать, что соляная кислота хорошо и быстро растворяет только карбонатные отложения. Если в отложениях присутствуют сульфатные и силикатные соли, которые фактически не растворимы соляной кислотой, то для проведения химочистки в соляную кислоту необходимо добавлять фтористые соединения ( NH 4 F , NaF , HF ). Как известно, фтористые соединения токсичны и, следовательно, возникают проблемы со сточными водами.
Кроме того, образование накипных отложений по периметру труб не равномерно. Обычно с "огневой" стороны их толщина в 2-3 раза больше. Следовательно, при проведении химической очистки кислотой часть поверхности труб очистится раньше и кислота будет реагировать с чистым металлом, подвергая его коррозии. Коррозионные процессы протекают более активно в заклёпочных соединениях (в клёпанных барабанах), вальцованных соединениях, сварных швах и т.д.
Иногда в экранных трубах конвективного пучка возникают, так называемые, "глухие пробки" из накипи длинною от 200 мм и более. При кислотной очистке наличие таких пробок приводит к необходимости замены труб.
Необходимо помнить, что проведение химических очисток теплоэнергетического оборудования требует строгого соблюдения техники безопасности, т.к. все применяемые реагенты в той или иной степени ядовиты, при работе могут вызвать химические ожоги, а при подогреве раствора — дополнительные тепловые. Необходимо также помнить, что при взаимодействии моющих растворов с отложениями и металлом оборудования выделяется водород, который в смеси с кислородом воздуха может привести к образованию легковоспламеняющейся и взрывоопасной "гремучей" смеси.
Около 30 лет назад был предложен способ борьбы с отложениями с помощью комплексонов, содержащих фосфоновые группировки — РО(ОН)2 и коплексонатов, производных от комплексонов. Данный химически метод основан на образовании прочных комплексных соединений с кальцием, магнием, железом и некоторыми другими соединениями в результате постоянного ввода в теплоноситель комплексона. При нагревании до определенной температуры эти комплексы остаются в растворенном состоянии и поэтому соединения кальция и магния не откладываются на поверхностях нагрева в виде накипи. Но необходимо учитывать, что в жесткой воде при температуре 120-125 °С комплексы распадаются.
Таким образом, несмотря на столь широкое распространение методов химических очисток теплообменных поверхностей, нельзя не отметить присущих им серьезных недостатков:
* необходимость останова оборудования, сбора специальных промывочных схем с трубопроводами, арматурой, насосами и емкостями;
* расход дорогостоящих реагентов и воды для собственно промывок и последующих отмывок поверхностей нагрева;
* невозможность эффективной очистки оборудования из-за неравномерного распределения накипи по поверхности нагрева, как следствие — неполное удаление накипи;
* необходимость пассивации металлических поверхностей после химочистки;
* износ металла вследствие коррозионных процессов после трех-четырех химочисток;
* образование большого объема сточных вод, зачастую содержащих токсичные вещества.
Кроме того, с первого же дня эксплуатации оборудования после химической очистки накипь начинает образовываться снова.
В последнее время все большее внимание уделяется физическим методам очистки и защиты теплообменного оборудования и в частности с использованием ультразвуковых генераторов, электрогидроимпульсных аппаратов, магнитных устройств. Среди названных методов магнитная обработка обладает следующими преимуществами:
q простое и удобное обслуживание магнитных аппаратов;
* небольшие габаритные размеры установки;
* практически исключается загрязнение окружающей среды, за счет исключения использования химических реагентов;
* накипеобразование не только предотвращается, но и удаляется старая накипь;
* за счет образования тонкого слоя магнетита снижается скорость коррозии металла.
Магнитный способ очистки
Обработка воды магнитным способом заключается в воздействии магнитных полей на поток воды. При прохождении воды в межполюсном пространстве магнитного аппарата при наличии ферромагнетиков (например, частиц железа – прим. ред.) в пересыщенном по накипеобразователю растворе (воде) образуются зародыши центров кристаллизации, которые начинают расти, вызывая объемную кристаллизацию солей жидкости. В результате вместо накипи образуется тонкодисперсная взвесь, частицы которой, достигнув определенного размера, образуют шлам.
Источниками магнитного поля в аппаратах магнитной обработки воды могут быть как постоянные магниты, так и электромагниты. Собственно аппараты подразделяются на две группы:
* с постоянными магнитами — для обработки подпиточной воды паровых котлов низкого и среднего давления;
* с электромагнитами на постоянном и переменном токе — для обработки воды водогрейных котлов, теплосетей, систем оборотного охлаждения.
Противонакипной эффект, получаемый при наложении магнитного поля, определяется как параметрами аппарата (магнитная индукция, скорость потока обрабатываемой воды, время воздействия и т.п.), так и во многом показателями качества обрабатываемой воды.
Метод магнитной обработки воды и предотвращения образования накипи на поверхностях нагрева теплообменных аппаратов получил свое продолжение в методе магнитоимпульсной очистки реализованный в электромагнитных пульсаторах ПЭ (ТУ РБ 99009425.001-99) разработанных Пронским Г.К. Суть метода состоит в воздействии на очищаемые поверхности переменного магнитного поля определенных оптимальных параметров по амплитуде, частоте, скорости нарастания и убывания, закона изменения во времени. Электронный блок формирует импульсный ток, поступающий на электромагнитные преобразователи. Переменное магнитное поле, создаваемое преобразователями, вызывает на поверхностях нагрева магнитострикционные колебания сдвига на межатомном уровне, приводящие к отслоению отложений. В результате происходит отслаивание, дробление, частичное превращение в сметанообразную массу солей накипи и частичное растворение ее намагниченной водой, что позволяет удалять ее из теплообменного оборудования в процессе продувок и дренирования.
Система защиты от отложений на базе ПЭ устанавливается на работающем оборудовании на весь период эксплуатации и предназначены для магнитной обработки воды с целью разрыхления накипи и шлама и препятствия в дальнейшем ее образования на поверхностях нагрева теплоэнергетического и теплообменного оборудования (водогрейные и паровые котлы, теплообменники и др.).
Напряжение питания – 36 В. Максимальная мощность – 15 Вт. Напряженность магнитного поля не более – 150 Эрстед. Применяя несколько электромагнитных пульсаторов ПЭ можно защитить все теплообменное и теплоэнергетическое оборудование одной котельной, ЦТП и т.п. По результатам актов испытаний в промышленных условиях начало разрушения и отслаивания отложений от стенок теплообменного и теплоэнергетического оборудования начинает наблюдаться после десяти суток работы электромагнитных пульсаторов ПЭ. В дальнейшем накипь опадает или превращается в сметанообразную массу, смываемую проточной водой.
Эффективность разрушения и отслаивания накипи на поверхностях нагрева теплообменного и теплоэнергетического оборудования с малым теплонапряжением — до 95% за первый месяц работы.
Применение электромагнитных пульсаторов ПЭ позволяет эксплуатировать теплообменное и теплоэнергетическое оборудование с поддержанием его технико-экономических показателей в нормативных пределах.
В настоящее время в Белорусском теплоэнергетическом институте завершаются исследования по выбору и оптимальным условиям использования названных систем защиты для различных типов теплообменного оборудования и различны параметров.
В книжной версии
Том 18. Москва, 2011, стр. 364-365
Скопировать библиографическую ссылку:
МАГНИ́ТНАЯ СЕПАРА́ЦИЯ, способ отделения магнитных материалов от немагнитных; основан на использовании различия магнитных свойств (магнитной восприимчивости, остаточной индукции, коэрцитивной силы и др.) компонентов механич. смеси в неоднородном поле постоянных магнитов или электромагнитов. Осуществляется в магнитных сепараторах, в которых магнитные или сильномагнитные (магнитная восприимчивость св. 3·10 –6 ) материалы под действием магнитного поля выделяются в магнитную фракцию, а немагнитные или слабомагнитные материалы (магнитная восприимчивость ок. 1,2·10 –7 ) – в немагнитную. Наиболее широко М. с. применяется для обогащения руд чёрных и цветных металлов и регенерации магнитных суспензий, используемых при гравитац. обогащении руд и углей, а также для разделения материалов в металлургич., химич., стекольной, пищевой и др. отраслях пром-сти, при переработке вторичного сырья, в медицине.
Магнитная обработка воды – это воздействие на воду постоянным магнитным полем, при котором растворенные в воде ионы кальция, кремния и магния теряют свою способность к солеобразованию (накипи) на сорбирующих поверхностях. При этом нерастворимые соли находятся во взвешенном состоянии, а уже существующие отложения разрыхляются и легко удаляются.
Цель данной очистки воды заключается в придании ей новых физико-химических свойств, что делает этот метод незаменимым в системах очистки воды. Так, например, обработка воды магнитным полем является альтернативой в использовании твердых и жидких ингибиторов в обратноосмотических системах.
Область применения воздействия на воду магнитным полем – в основном системы очистки, работающие на основе мембран и ионообменных смол, где ресурс систем увеличивается на 30%. Устанавливаются магнитные системы в промышленных системах очистки (компрессорные станции, магистрали) и в бытовых условиях (посудомоечные и стиральные машины, котлы отопления, бойлеры), и применяются для очистки горячей и холодной воды.
Эффект от магнитной очистки воды
Вода, полученная при магнитной обработке, сохраняет свой солевой состав и не образует побочных свойств. За счет обработки магнитным полем достигаются следующие эффекты:
- При установке магнитных очистителей за несколько метров до бойлеров или паровых котлов снижается количество накипи, образуемой при нагревании.
- Улучшаются вкусовые качества питьевой воды, достигаемой за счет увеличения скорости осаждения нерастворимых примесей.
- Снижается количество потребляемых реагентов при умягчениижесткой воды.
- Увеличивается скорость фильтрации, а также уменьшается количество и объем отстойников.
- Очищаются от солей эксплуатируемые теплообменники (без использования химических реагентов).
- Снижаются затраты на обслуживание систем очистки воды.
- За счет уменьшения коррозии увеличивается срок службы обогревательного и сантехнического оборудования.
- Увеличивается теплоотдача от систем отопления.
- Происходит экономия моющих средств в быту.
- За счет улучшения качеств питьевой воды снижается риск сердечно-сосудистых и желудочно-кишечных заболеваний.
- Удаляются «мыльные шлаки», которые образуются на волосах, теле, посуде при использовании моющих средств.
Недостатки
В магнитных системах обработки воды используются магниты большой мощности на основе редкоземельных химических элементов (неодим- железо- бор). При использовании этих элементов при температуре до 120° срок использования таких систем практически бессрочный. Но при нагревании воды свыше 120° магнитные свойства элементов ослабляются. Именно поэтому целесообразно устанавливать приборы для магнитной обработки воды на определенном расстоянии до отопительных систем.
Кроме этого, магнитная обработка не дает полную очистку воды, для получения качественной питьевой воды нужны дополнительные методы и способы очистки.
Принцип действия
Соли кальция и магния, растворенные в воде, находятся в окружении кластеров (скопления молекул) воды. Если температура воды обычная (не выше 25°), ионы кальция и магния не вступают во взаимодействие с другими соединениями, и накипь в этих условиях не образуется. При кипячении воды сила притяжения молекул воды ослабевает, и кластеры распадаются на отдельные молекулы воды. При этом ионы кальция свободно вступают в связь с другими солями, образуя нерастворимые в воде соединения (накипь).
При обработке воды магнитным полем уже в холодной воде начинают разрушаться кластеры воды, после чего примеси, содержащие ионы кальция и магния, могут вступать в соединения с другими примесями, образуя так называемые центры кристаллизации или микрокристаллы. Этот процесс подобен цепной реакции – новые ионы кальция и магния осаждаются не на трубах и системах отопления в результате нагревания, а на микрокристаллах еще до того, как вода начинает нагреваться.
Микрокристаллы после подогревания остаются в воде в виде легко удаляемого осадка (шлама) и обычно скапливаются в специальных отстойниках. Кроме этого, цепная реакция воздействует и на уже образованную накипь, делая ее рыхлой и легко удаляемой. Со временем на оборудовании и поверхности труб образуется защитная оксидная пленка, которая защищает оборудование и трубы от появления коррозии.
Вода, полученная при магнитной обработке, может сохранять свои свойства от 10-12 часов до нескольких суток. Сроки сохранения свойств воды зависят от способов эксплуатации воды и ее состава.
Приборы для магнитной очистки воды
В современной практике применяются два вида приборов для магнитной очистки воды – с помощью постоянных магнитов и электромагнитов.
- Приборы с постоянными магнитами – отличаются простотой в эксплуатации, отсутствием потребления энергии, несложной конструкцией и высокой степенью надежности и долговечности. В устройствах используются ферромагниты (феррит бария) и магнитоферриты (смесь полимерных и магнитных наполнителей). На их основе разработаны и используются магнитные активаторы воды, проходя через которые, вода приобретает вышеописанные свойства. На рынке имеются магнитные активаторы российского и зарубежного производства («МВС КЕМА», «Рунга», «ЭНИРИС-СГ»), используемые как в быту, так на производстве.
- Приборы с электромагнитами – изменение магнитного поля происходит за счет изменения его направления с помощью электричества. Основным преимуществом является тот факт, что частота колебаний кластеров задается с помощью электромагнита, что делает процесс разрушения кластеров более интенсивным.
Резюме
Таким образом, магнитная обработка воды является перспективным направлением в процессе водоподготовки, что позволяет сделать процесс умягчения воды простым, надежным, доступным и экономичным, с срок службы оборудования и приборов практически бессрочным.
